由于許多酶的反應(yīng)速率強(qiáng)烈依賴于周圍的pH值，因此可通過(guò)在修飾電極上施加電勢(shì)來(lái)切換或調(diào)節(jié)電極固定酶的活性，從而產(chǎn)生不同于原始本體pH值的局部pH值。盡管電化學(xué)誘導(dǎo)的局部pH變化是電極固定化酶的可切換/可調(diào)活性變化的有效方法，但其缺點(diǎn)是需要連接到電源電線（電化學(xué)儀器或電池），這并不一個(gè)較為方便的方式。
因此，需要通過(guò)某種簡(jiǎn)單方法來(lái)簡(jiǎn)化局部pH變化以控制酶動(dòng)力學(xué)，特別是在生物環(huán)境中。近期，Clarkson University的Evgeny Katz組利用酶產(chǎn)生的局部pH變化來(lái)切換固定在納米結(jié)構(gòu)表面的酶的活性。這個(gè)新的方法是基于同時(shí)進(jìn)行的兩個(gè)正交生物催化反應(yīng)，兩個(gè)反應(yīng)沒(méi)有共同的底物，也不包括在同一個(gè)生物催化級(jí)聯(lián)反應(yīng)中。它們獨(dú)立進(jìn)行，但其中一個(gè)反應(yīng)的速率由另一個(gè)反應(yīng)產(chǎn)生的pH值控制。
圖片來(lái)源：ACS Appl. Mater. Interfaces
接著，利用固定化淀粉糖苷酶（AMG）和胰蛋白酶作為pH依賴的“目標(biāo)酶”進(jìn)行了研究。在該研究中，由共固定化脲酶或酯酶催化的反應(yīng)分別增加或降低局部pH值，從而作為“促動(dòng)酶”運(yùn)行。這兩種酶，在生物催化反應(yīng)方面，產(chǎn)生局部pH變化和隨著pH變化改變生物催化活性是正交的；然而，它們的操作與固定化酶在表面附近產(chǎn)生的局部pH值相耦合?！澳繕?biāo)酶”（AMG和胰蛋白酶）通過(guò)施加輸入信號(hào)（尿素或酯、作為“促動(dòng)酶”運(yùn)行的脲酶或酯酶底物），并用背景溶液將其沖洗掉，在活性和非活性狀態(tài)之間可逆地改變。
圖片來(lái)源：ACS Appl. Mater. Interfaces
總之，這種新開發(fā)的方法可實(shí)現(xiàn)幾種酶的可切換操作，其中一些在接收到“促動(dòng)酶”處理的外部信號(hào)時(shí)被激活，而另一些則被抑制。具有分支生物催化級(jí)聯(lián)的更復(fù)雜系統(tǒng)可以通過(guò)激活選定路徑并改變最終輸出的正交生物催化反應(yīng)來(lái)控制。
圖片來(lái)源：ACS Appl. Mater. Interfaces
參考文獻(xiàn)：Switchable Biocatalytic Reactions Controlled by Interfacial pH Changes Produced by Orthogonal Biocatalytic Processes
ACS Appl. Mater. Interfaces 2021, 13,33830?33839
原文作者：Paulina K. Wells, Oleh Smutok,* Artem Melman,* and Evgeny Katz*
