Supra-biological performance of immobilized enzymes enabled by chaperone-like specific non-covalent interactions

生物催化 脂肪酶 共价键 化学 费斯特共振能量转移 固定化酶 堆积 枯草芽孢杆菌 组合化学 生物化学 催化作用 有机化学 生物 荧光 离子液体 物理 量子力学 细菌 遗传学
作者
Héctor Sánchez-Morán,Joel L. Kaar,Daniel K. Schwartz
出处
期刊:Nature Communications [Springer Nature]
卷期号:15 (1) 被引量:5
标识
DOI:10.1038/s41467-024-46719-5
摘要

Abstract Designing complex synthetic materials for enzyme immobilization could unlock the utility of biocatalysis in extreme environments. Inspired by biology, we investigate the use of random copolymer brushes as dynamic immobilization supports that enable supra-biological catalytic performance of immobilized enzymes. This is demonstrated by immobilizing Bacillus subtilis Lipase A on brushes doped with aromatic moieties, which can interact with the lipase through multiple non-covalent interactions. Incorporation of aromatic groups leads to a 50 °C increase in the optimal temperature of lipase, as well as a 50-fold enhancement in enzyme activity. Single-molecule FRET studies reveal that these supports act as biomimetic chaperones by promoting enzyme refolding and stabilizing the enzyme’s folded and catalytically active state. This effect is diminished when aromatic residues are mutated out, suggesting the importance of π-stacking and π-cation interactions for stabilization. Our results underscore how unexplored enzyme-support interactions may enable uncharted opportunities for using enzymes in industrial biotransformations.
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