Increasing Multienzyme Cascade Efficiency and Stability of MOF via Partitioning Immobilization

材料科学 级联 纳米技术 化学工程 工程类
作者
Runze Li,Zheng Wu,Xiaochen Liu,Hongxiu Chen,Xue Li,Daidi Fan,Zhansheng Wu,Zhansheng Wu,Zhansheng Wu
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:16 (26): 33235-33245 被引量:21
标识
DOI:10.1021/acsami.4c07487
摘要

Enhancing the stability of multienzyme cascade reactions in metal-organic frameworks (MOFs) is a challenging task in the fields of biotechnology and chemistry. However, addressing this challenge could yield far-reaching benefits across the application range in the biomedical, food, and environmental sectors. In this study, multienzyme partitioning immobilization that sequentially immobilizes cascade enzymes with hierarchical MOFs is proposed to reduce substrate diffusion resistance. Conversion results of ginsenosides indicate that this strategy improves the cascade efficiency up to 1.26 times. The substrate diffusion model is used to investigate the dual-interenzyme mass transfer behavior of substrates in the restricted domain space and evaluate the substrate channeling effect under partitioning immobilization. Molecular docking and kinetic simulations reveal that the MOFs effectively limit the conformational changes of cascade enzymes at high temperatures and in organic solvents while maintaining a large pocket of active centers. This phenomenon increased efficient substrate docking to the enzyme molecules, further optimizing cascade efficiency. The results of the immobilization of GOX and horseradish peroxidase as model enzymes indicate that the partitioned MOF immobilization strategy could be used for universal adaptation of cascade enzymes.
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