北京化工大学黎晓阳课题组与清华大学戈钧团队合作在Nature Communications 上发表题为《Assembling a single active pocket from enzyme and metal modules for simultaneously catalyzing oxidation-reduction cascades》的研究论文。本研究报道了一种创新的“酶-金属杂化活性口袋”的构建策略，用于利用金属催化模块编辑酶的活性口袋，提出了“one binding, two reactions”的新级联催化过程，实现单一位点同时催化多步反应，消除了中间体在多个催化模块之间的扩散和再结合，解决了级联反应中的扩散控制问题。利用酶与金属催化模块之间的电子传递效应，实现了酶对多种非天然底物的低浓度高效转化。
酶-化学级联反应结合了酶催化与金属催化的优势，能够实现“非天然”转化，是生物催化的前沿研究方向。然而，反应中间体在不同催化模块之间的扩散阻力是限制级联效率的主要因素。受自然界多酶复合物中底物通道的启发，将金属模块与酶整合在单一催化剂，可以利用邻近效应减少中间体扩散，提高效率。本研究中研究者提出了一个更进一步的设想：将多个催化模块精确组装，形成一个空间结构确定的单一活性口袋，使底物结合后能连续完成多步反应，中间体几乎不扩散出活性口袋，理论上可以消除扩散阻力，极大提升级联效率。
图1. 酶-金属杂化活性位点催化多步级联反应
本研究采用金属有机框架（MOFs），利用Zr簇与金属原子元件和酶催化模块共配位，自组装构建具有高稳定性的酶-金属杂化活性位点，构建了漆酶–Pt/Pd杂化活性位点，实现了同一位点同时催化转移氢化反应与氧化反应，首次提出了单一位点并行多步反应的新催化过程：底物在单一活性位点内完成多步级联过程，消除了中间产物扩散过程。通过密度泛函理论（DFT）计算和电子顺磁共振（ESR）揭示了活性位点内漆酶与Pt/Pd双原子元件电子传递的强化机制，解决了原有天然漆酶反应电子从T1铜位点传递至T2/T3三核铜簇的限速问题。漆酶与Pt/Pd双原子元件在活性位点内的协同作用与强电子传递，拓宽了漆酶的催化底物类型和范围，实现了5种低浓度非天然底物真菌毒素（原酶催化效率为0）高效定向转化（酶-金属杂化活性位点催化效率100%）。
原文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-026-72061-z
图片：黎晓阳
文稿：黎晓阳
审核：贾广联 王兴 曹辉
