一种新颖的混合铁蛋白与组氨酸残基nanocage显示高1.5倍金属离子吸收和催化效率的提高对酒精生产,发现研究人员从东京科技在一项新研究中。他们的发现表明混合bio-nanocages能有效地催化反应产生工业上重要的产品。
生物聚合物可以自发地自组装成复杂的结构类似于血管或笼子里,但是要小得多,被称为“nano-cages。”These structures can accommodate a wide range of molecules inside them that behave as "guests." One popular example is the "ferritin nanocage," which is formed by the self-assembly of 24 subunits into the protein ferritin and can enclose metal ions that are important catalysts. With the help of these metal ions, a catalytic reaction converts any substrate into a product. Although widely known, the ferritin cage's potential applications in industry have yet to be fully explored.
到目前为止,大多数努力增加金属离子吸收铁蛋白导致较低的笼子的稳定性。使“guest”在笼子里坐好,有效的设计是关键。把这一点铭记在心,一组科学家Takafumi上野教授的带领下,从东京理工学院,日本(东京理工大学),介绍了定位突变的核心铁蛋白nanocage和增加了吸收铱复杂(IrCp *)。他们的发现发表在《应用化学》。铱是一个重要的催化剂在酒精生产途径和商业化用于制药,食品,化工行业。
上野教授解释说,“根据以往的文献,我们知道协调氨基酸的存在在笼子里改善铱活动,用适当的残留物,用这些氨基酸可以缓解这个问题。因为铱复杂行为作为催化剂、协调残留物会做这项工作。”作者利用氨基酸组氨酸取代两个残留物,精氨酸,天冬氨酸的常规(野生型)铁蛋白笼子和创造突变体R52H D38H。值得注意的是,组装结构或笼大小没有受到这些变化的影响。
接下来,他们补充说IrCp *的突变体,发现R52H能够嵌入1.5倍铱原子比野生型笼(图1)。但是,什么击打他们D38H突变,表现得就像野生型的!所以,为什么不突变都有同样的效果——根据上野教授,”这意味着不仅仅是组氨酸残基的存在也是它的位置,来确定吸收效率是至关重要的在笼子里。”
使用新的催化的笼子里,研究人员能够完成酒精生产率高达88%。显然,赞成一个结构性突变re-arrangement反应的组件,这提高了转化率(图2)。
了解底物表现在笼内,研究人员使用模拟在nanocage基质分子可以自由移动。他们观察到一些底物之间的相互作用和组氨酸R52H突变体,没有出现在野生型笼,即。底物显示绑定在nanocage优惠。
“这些混合bio-nanocages也发现高度稳定,建议他们可以作为可行的催化剂在工业应用中,“上野教授总结道。当前基于结构设计的金属离子结合位点的研究可以创建先进新颖的铁蛋白突变体与特定的客人分子的选择性吸收,对于不同的催化应用化学和制药行业。
来源:https://www.titech.ac.jp/english/