仿生酶室隔离技术实现氧化光催化中辅酶的可持续循环利用

摘要

辅酶的再生对于基于氧化还原酶的生物催化至关重要，但由于活性氧（ROS）导致的酶失活，将酶促系统和光催化系统整合在一起仍然具有挑战性。在这里，我们开发了一种受代谢过程启发的分隔策略，通过模仿细胞内氧化还原代谢的空间组织来实现可持续的NAD⁺/NADH循环。葡萄糖脱氢酶（GDH）被封装在二氧化硅纳米颗粒中，利用羟基自由基的不稳定性和其有限的扩散距离来保护酶免受TiO₂产生的ROS的损害，同时保持底物和辅因子的可及性。封装后的GDH保持了催化活性，并完成了五个连续的辅酶再生循环，而游离酶在经过一次光催化处理后活性丧失。除了辅因子的回收外，该系统产生的NADH还起到了内源性抗氧化剂的作用，保护细胞免受光催化氧化应激的伤害。这项工作表明，来自细胞生物化学的原理，包括分隔和氧化还原稳态，可以转化为用于可持续生物催化和细胞保护的人工系统。

图形摘要

本研究提出了一种新的策略，该策略受到细胞代谢途径空间分隔的启发，旨在解决酶-光催化剂混合系统中辅酶再生的问题。葡萄糖脱氢酶被封装在二氧化硅纳米颗粒中，利用羟基自由基的短半衰期和有限的扩散距离来保护酶免受光催化氧化应激。封装后的酶保持了催化活性，并实现了连续的NAD⁺/NADH再生循环。

利益冲突

作者声明没有利益冲突。

数据可用性声明

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