摘要：近年来，纳米酶作为天然酶的替代品，凭借其高稳定性，在生化领域得到了广泛的应用与关注。然而，纳米酶的催化活性仍无法与天然酶媲美，如何发展高效策略提升其催化活性，依旧是纳米酶领域的重要课题。

*今日头条上无法显示上标、下标，欲获得更好的阅读体验请前往微信公众号。

*本文首发于“纳米酶 Nanozymes”公众号，2024年11月21日江苏。

近年来，纳米酶作为天然酶的替代品，凭借其高稳定性，在生化领域得到了广泛的应用与关注。然而，纳米酶的催化活性仍无法与天然酶媲美，如何发展高效策略提升其催化活性，依旧是纳米酶领域的重要课题。

中国科学院长春应用化学研究所汪尔康院士和李敬研究员团队报道了一种基于乙腈桥联增强策略模拟天然酶的底物结合疏水口袋，有效提升CuV2O5纳米酶的类漆酶活性。通过向反应体系中加入乙腈，CuV2O5纳米酶催化2,4-二氯苯酚（2,4-DP）氧化的过程得到至少7倍的加速效果。根据实验和理论计算结果，指出了可能的机理解释（图1）。乙腈能通过其氰基与Cu催化活性位点的Cu-N配位作用、及其与底物的氢键作用，增强底物与CuV2O5纳米酶的相互作用。同时，乙腈与有机底物之间的溶剂效应，有助于底物在纳米材料周围的富集，形成类似天然酶疏水底物口袋的底物聚集层，即乙腈的引入显著地促进了纳米酶异相催化过程底物与Cu催化位点的有效传质。

图1 乙腈增强底物与Cu基纳米酶活性位点的相互作用示意图

为明确乙腈增强效果的来源，作者首先测试了不同极性的常见有机溶剂对目标材料类漆酶活性的影响，排除了底物溶解度或溶剂极性；并比较3-溴丙腈与溴丙烷的影响，确定了氰基的关键作用（图2）。

图2 乙腈等有机分子对材料类漆酶活性的影响

接着，作者将乙腈用于不同催化材料催化2,4-DP氧化过程，明确了Cu催化位点在活性增强效应中的重要意义，并根据不同氯酚底物的应用效果，指出了乙腈与底物之间存在的溶剂效应，及其对反应微环境的影响（图3）。

图3 Cu位点在纳米酶催化过程与乙腈增强效应中的意义以及氯酚底物结构的影响

为更好地解释相关的结构机理，作者利用密度泛函理论（DFT）计算，对比了乙腈加入与否，底物对CuV2O5纳米酶吸附过程的变化，从吸附能、键长以及差分电荷等角度，指出了乙腈对促进反应物与纳米酶相互作用、活化催化氧化过程的作用（图4）。

乙腈能提升底物与催化位点亲和性、显著增强纳米酶活性，也在动力学分析的米氏常数与最大反应速度中得以充分体现。最后，作者将该体系用于2,4-DP的比色传感，实现了检测限低至0.48 μM的快速、高灵敏检测（图5）。

图4 DFT计算结构图

图5 乙腈加入前后动力学分析以及2,4-DP比色传感

总之，该策略通过简单地调整反应体系组成，实现了在反应活性中心模拟酶的疏水底物口袋，有效提高了纳米酶催化位点的利用率，为基于调控催化反应微环境、优化纳米酶活性奠定了理论基础。该研究近期以”Building hydrophobic substrate pocket to boost activity of laccase-like nanozyme through acetonitrile-mediated strategy”为题发表在国际期刊Journal of Colloid And Interface Science上。

来源：科学学习团