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          MOF-818構(gòu)建類氧化酶納米酶催化兒茶酚氧化的研究
          發(fā)布時(shí)間:2021-05-17     作者:axc   分享到:


          與**酶相比,納米酶具有穩(wěn)定性高、價(jià)格低廉、制備方便等優(yōu)點(diǎn),被認(rèn)為是**酶的優(yōu)良替代品12,3。而具有類氧化酶活性的納米酶是納米酶家族中的重要組成部分,得到了廣泛研究。目前報(bào)道的類氧化酶納米酶具有相似的機(jī)理,即通過活化O2產(chǎn)生活性氧,活性氧隨后氧化底物。因此,它們通常具有較低的特異性,可以催化多種還原性底物的氧化,包括2,2'-聯(lián)氮--3-乙基苯并噻唑啉-6-磺酸(ABTS),3,3',5,5'-四甲基聯(lián)苯胺(TMB),鄰苯二胺(OPD),抗壞血酸,乙醇,兒茶酚和谷胱甘肽等4,5。


          開發(fā)新型類氧化酶納米酶亟待解決現(xiàn)有類氧化酶納米酶的一些弊端。(1)先前報(bào)道的基于金屬氧化物和貴金屬的納米酶用于模擬氧化酶仍顯示出類過氧化物酶活性。(2)一般報(bào)道的類氧化酶的納米酶通常使用TMB2,2'-聯(lián)氮--3-乙基苯并噻唑啉-6-磺酸ABTS作為底物。但是,TMBABTS是過氧化物酶的顯色底物,不能用來表征類氧化酶活性。(3)高特異性納米酶的開發(fā)仍然很困難。目前,幾乎沒有高特異性的氧化酶納米酶被開發(fā)和報(bào)道。探索具有高特異性的納米材料用來模擬**氧化酶對基礎(chǔ)研究和實(shí)際應(yīng)用都具有重要意義。
          通過模擬**酶結(jié)構(gòu),設(shè)計(jì)相應(yīng)的納米酶是提高納米酶特異性的可行策略。**兒茶酚氧化酶由6個(gè)組氨酸配位的雙銅離子中心構(gòu)成,而MOF-818中也存在由3個(gè)銅離子為中心類似結(jié)構(gòu)(圖1)。在這項(xiàng)工作中,我們證明了基于MOF的納米材料——MOF-818可以構(gòu)建類氧化酶納米酶。MOF-818可以催化兒茶酚的氧化,但不具有類過氧化物酶的活性,與此前報(bào)道過的具有類兒茶酚氧化酶性質(zhì)的納米酶相比,具有仿生策略優(yōu)勢的MOF-818具備更高的催化能力和特異性。


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          采用3,5-二叔丁基鄰苯二酚(3,5-DTBC)作為研究兒茶酚氧化酶活性的底物。通過對3,5-DTBC 415nm的氧化產(chǎn)物的特征吸收峰進(jìn)行監(jiān)測,探究了MOF-8183,5-DTBC濃度對反應(yīng)速率的影響。隨著MOF-8183,5-DTBC濃度的增加,反應(yīng)速率明顯提高。同時(shí)測試了在不同pH和溫度下MOF-818的類兒茶酚氧化酶活性。隨著pH值和溫度的升高,MOF-818的催化活性逐漸提高(圖2)。

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          為了明確MOF-818的活性中心,我們合成了僅含有ZrMOF-808,與MOF-818相比,MOF-808不具有兒茶酚氧化酶活性,表明Cu而不是Zr構(gòu)成兒類茶酚氧化酶的活性中心。MOF-818催化3,5-DTBC氧化的吸收峰在O2飽和條件下明顯升高,而在N2飽和條件下降低,表明該反應(yīng)需要氧氣的參與。為了檢測該反應(yīng)的產(chǎn)物是水還是過氧化氫,作者將辣根過氧化物酶(HRP)和TMB同時(shí)加入到MOF-8183,5-DTBC的混合溶液中,650 nm的吸收峰表明在反應(yīng)中生成了H2O2,電子順磁共振(EPR)進(jìn)一步證實(shí)了H2O2的存在。此外,EPR光譜也證明了系統(tǒng)中鄰苯半醌自由基的存在(圖3)。

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          此外,我們還對CeO2、Pt NPsMOF-818的催化性質(zhì)進(jìn)行了比較。MOF-818僅催化3,5-DTBC的氧化而不具有明顯的類過氧化物酶活性,而CeO2Pt NPs可以同時(shí)催化TMB3,5-DTBC的氧化,并同時(shí)具有類過氧化物酶活性。由于**的兒茶酚氧化酶不具有過氧化物酶活性,因此,MOF-818是模擬鄰苯二酚氧化酶的納米酶中的優(yōu)選。同時(shí)MOF-818還顯示出比以前報(bào)道的類兒茶酚氧化酶納米酶(如CeO2Pt NPs)更**的催化能力(圖4)。

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          綜上所述,本工作首次提出MOF-818具有**的類兒茶酚氧化酶活性,并且具有良好的反應(yīng)特異性,MOF-818可以催化兒茶酚氧化,但不表現(xiàn)過氧化物酶活性。本工作系統(tǒng)地研究了反應(yīng)條件對催化劑的影響,與以前報(bào)道的兒茶酚氧化酶納米酶不同,MOF-818僅催化鄰苯二酚的氧化而不表現(xiàn)出明顯的類過氧化物酶活性。此外,通過模仿**鄰苯二酚氧化酶的活性中心,MOF-818比以前報(bào)道的鄰苯二酚氧化酶納米酶表現(xiàn)出更高的催化能力和特異性。

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