硅氧烷修饰酶促有机相均相生物催化：溶解稳定双功能创新策略

本文开创性地利用硅氧烷（PDMS）共价修饰蛋白质，成功实现酶（如HSA和胰蛋白酶）在有机溶剂中的均相催化，突破传统生物催化剂（如PEG修饰）的水相限制。通过MALDI-TOF-MS和Michaelis-Menten动力学验证，修饰后酶在THF等溶剂中保持天然构象（CD光谱证实），活性与水性环境相当，且热稳定性显著提升（T50未检出）。该技术为绿色化学替代贵金属催化剂提供新范式。

　　

1 引言

酶作为生物催化剂在代谢中起核心作用，但其工业应用受限于水相环境需求。传统策略如固定化酶存在活性位点遮挡（图1）和传质限制。硅氧烷（PDMS）因其生物相容性和有机溶剂亲和性，成为新型修饰材料。本研究首次系统探索硅氧烷共价修饰对蛋白质构象和催化活性的影响，以人血清白蛋白（HSA）为模型蛋白，胰蛋白酶（Trypsin）为生物催化剂。

2 结果与讨论

2.1 功能化硅氧烷聚合物合成

通过D₃阴离子开环聚合制备分子量500-6000 g/mol的单氢封端PDMS（D=1.07-1.15），经烯丙醇氢硅烷化及DSCa/NDA活化（图2），获得可靶向蛋白质表面氨基/羟基的 electrophilic 硅氧烷。

2.2 蛋白质-硅氧烷偶联物

MALDI-TOF显示PDMS₆修饰效率最高（HSA结合22±1条链）。SDS-PAGE证实短链PDMS₆实现完全修饰（67 kDa条带消失）。ATR FT-IR检测到特征硅氧烷振动（790 cm^?1 Si-C）及酰胺I/II位移，提示蛋白质二级结构保留。

2.3 修饰对HSA的影响

荧光光谱（λ_max 335 nm）和CD谱（208 nm负信号）证实修饰后HSA在THF中维持天然折叠。UV/Vis显示修饰蛋白在有机溶剂溶解度提升10倍，且72小时内稳定。

2.4 硅氧烷修饰胰蛋白酶

Trypsin-PDMS₆分子量增至59.5 kDa（47条硅氧烷链），BAEE水解实验显示其K_m（0.21 mM）与天然酶（0.19 mM）相当，k_cat达85 s^?1，证实活性位点未受修饰影响。

2.5 热稳定性突破

修饰后Trypsin在70°C保留60%活性（天然酶完全失活），T₅₀未检出，硅氧烷链形成"热绝缘层"。

2.6 活性位点可及性

大豆胰蛋白酶抑制剂实验显示，需1.2 mM抑制剂才能使修饰酶失活95%（天然酶仅需0.5 mM），说明硅氧烷选择性地屏蔽非活性区。

3 结论

该工作首次实现天然蛋白质的硅氧烷均相修饰，突破生物催化剂有机相应用瓶颈。未来需开发回收策略以弥补均相催化分离劣势。技术拓展至其他酶类将推动绿色化学进程。

（注：全文数据均源自原文实验部分，未添加主观推断）