Versatile Magnetic Nanoparticles for Spatially Organized Assemblies of Enzyme Cascades: A Comprehensive Investigation of Catalytic Performance

化学 辣根过氧化物酶 葡萄糖氧化酶 纳米颗粒 催化作用 纳米技术 磁性纳米粒子 组合化学 阿布茨 固定化酶 共价键 化学工程 有机化学 材料科学 抗氧化剂 DPPH 工程类
作者
Xinshuang Chu,Qinghong Shi
出处
期刊:Chinese Journal of Chemistry [Wiley]
卷期号:40 (12): 1437-1446 被引量:4
标识
DOI:10.1002/cjoc.202200018
摘要

Comprehensive Summary Inspired by nature, precise spatial organization of enzyme cascades of interest is crucial to the improvement of catalytic performance. Herein, DNA scaffolds were introduced to construct a toolkit for versatile immobilization of enzyme pairs on dextran‐coated magnetic nanoparticles (MNPs). After the glucose oxidase (GOx) and horseradish peroxidase (HRP) pair was immobilized through random covalent, DNA‐directed and DNA tile‐directed strategies, the immobilized GOx/HRP pair on the MNP‐based carrier assembled with DNA tile (TD@MNPs) exhibited the highest activity due to rational spatial organization and less conformational change of constituent enzymes. With a decrease in interenzyme distance on TD@MNPs, furthermore, the catalytic efficiency of the HRP/GOx pair increased further for both substrates, 2,2’‐azinobis(3‐ethyl‐benzthiazoline‐6‐sulfonate) (ABTS) and 3,3',5,5'‐tetramethyl benzidine (TMB). As the assembled HRP was closer to the carrier surface, the catalytic efficiency of the GOx/HRP pair increased by 6.2‐fold for positively charged TMB and only by 62% for negatively charged ABTS compared with the free GOx/HRP pair. Moreover, a reversal of catalytic efficiency was found after the GOx/HRP pair was assembled on a positively charged carrier (TD@pMNPs). This research demonstrated that MNP‐based carriers had the potential to become a versatile toolkit for shedding an insight into catalytic performance and the development of new biocatalysts.

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