《Chemical Engineering Journal》:氧化鐵磁性納米顆粒表現出類似酵母裂解酶活性

2021-01-21 納米生物傳感與酶分析

      納米酶已成功地用作天然酶的一種可行的替代品，包括生物傳感、生物成像和生物醫學等。納米酶的活性範圍從過氧化物酶、加滷酶、NADH過氧化物酶、氧化酶、葡萄糖氧化酶和亞硫酸鹽氧化酶、超氧化物歧化酶（SOD）到過氧化氫酶。已被報導了各種納米酶例如：富勒烯衍生物、金屬碳化合物、金屬（鉑（Pt）、鈀（Pd）和金（Au））納米顆粒、金屬氧化物、金屬硫化物、稀土納米顆粒和鐵磁納米顆粒等。Fe3O4磁性納米顆粒（MNPs）是第一個報導的具有固有過氧化物酶活性的納米材料，其催化行為類似於辣根過氧化物酶（HRP）。還發現Fe3O4 MNP具有固有的過氧化氫酶樣活性。

儘管在探索Fe3O4 MNPs的各種生物催化活性和相應應用方面已經取得了很大進展，但是很少有研究報導了裂解活性。酵母裂解酶是積累在黃桿菌節菌培養液中的酶混合物，對活酵母細胞具有非常強的溶解活性。酵母細胞的細胞質是蛋白質和多糖的豐富來源，其在生物技術和製藥工業中是有價值的。釀酒酵母細胞中存在相對較厚和較硬的細胞壁，使細胞壁完全破壞是回收細胞內生物產物所必需的。酵母裂解酶主要分為兩個蛋白質部分，分別是β-1,3-葡聚糖酶和鹼性蛋白酶。兩種組分都不能單獨裂解酵母細胞，但兩種組分的混合物在一起顯示出高裂解活性，可通過消化細胞壁有效破壞酵母細胞。儘管是有效的，但是裂解酶具有天然酶的一些固有缺點，例如耗時且成本高昂、低操作穩定性和特定的儲存條件，這限制了它們在工業上的大規模應用。在這方面，Fe3O4納米酶在低合成成本、易於批量生產、可重複使用性、高穩定性以及對苛刻的操作和儲存條件的耐受性方面表現出優於天然酶的優勢。

本研究發現氧化鐵（Fe3O4）磁性納米顆粒（MNP）具有固有的酵母裂解酶活性，其酶動力學類似於天然酶。通過共沉澱法合成Fe3O4 MNPs，然後將其用於催化酵母細胞的裂解。Fe3O4 MNPs在10分鐘內加速了生物催化反應的完成。與天然酶相比，新發現的Fe3O4具有出色的生物催化活性，並且對溫度和pH變化保持穩定。考慮到其成本效益和易於製備，Fe3O4人造酶或納米酶顯示出消化酵母細胞壁的巨大潛力。

 


這一成果發表在Chemical Engineering Journal上。標題為「Iron oxide magnetic nanoparticles exhibiting zymolyase-like lytic activity」 DOI: 10.1016/j.cej.2020.125000

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