天津大学Angew. Chem.：多肽超分子动态仿酶用于神经递质的智能检测

动态自组装普遍存在于生物体系中，控制着细胞复制、胚胎发育和核糖体组装等复杂过程。酶的可逆共价调节是生物体中的常见调节机制，例如：磷酸化/去磷酸化能够充当分子“开关”，通过可逆地共价修饰蛋白酶结构来调节其催化活性。

多肽分子能够通过弱相互作用组装形成具有类似天然酶催化活性的多肽仿酶，在化学催化和生物医药等领域具有广阔的应用前景。然而，如何实现对多肽仿酶催化活性的动态调节，并进一步提升多肽仿酶的催化活性和选择性，目前仍然充满挑战。近日，天津大学化工学院齐崴教授、王跃飞副研究员及其团队以多肽自组装体系为研究对象，利用酶催化反应对多肽分子进行可逆的磷酸化/去磷酸化修饰，进而构建了一种具有动态催化活性和高选择性的多肽超分子仿酶。作者设计的多肽分子包含碳链主链、疏水β折叠区域以及亲水序列，亲水序列中的谷氨酸侧链的羧氧基能够作为配位位点与Cu²⁺配位，形成拉链式四配体结构，从而形成具备类似儿茶酚酶催化活性的多肽超分子仿酶。多肽仿酶具有纳米纤维的微观结构，且表面含有大量由Cu²⁺四配位体构成的催化活性位点（图1）。

图1. 多肽分子的设计和多肽超分子仿酶的结构表征

通过可逆地共价修饰多肽侧链上的酪氨酸基团，酪氨酸激酶/磷酸酶可以调控多肽组装体在纳米纤维和纳米颗粒之间可逆地切换，从而赋予多肽组装体动态催化活性。多肽磷酸化后，催化开关关闭，组装体的催化活性降低，但是去磷酸化后，催化活性恢复（图2）。其本质原因是β-折叠影响着催化活性位点的微环境变化。多肽组装体在酶驱动下的动态催化活性主要取决于肽的主链结构和末端基团。主链中含有大量丙氨酸残基和末端酰胺化修饰的肽组装体（PA6-NH₂）具有更高的稳定性，组装体结构不会随着磷酸化/去磷酸化发生较大改变，因此具有较弱的动态催化特性。

图2. 多肽仿酶的动态催化与可逆调控

作者利用粗粒度分子动力学模拟了酪氨酸激酶/磷酸酶控制下多肽动态自组装过程，揭示了多肽和铜离子形成的拉链状四配位结构为模拟酶的催化活性中心，其具有类天然酶的活性口袋表面空腔结构以及较高的底物选择性（图3）。

图3. 多肽仿酶的催化活性中心结构和反应机制分析

最后，基于多肽仿酶体系，作者开发了一种可视的智能检测传感器，用于定量检测儿茶酚胺神经递质（图4）。该传感器克服了传统检测方法的设备体积大、操作繁琐的缺点，实现了对儿茶酚胺神经递质的人眼快速检测和手机精确智能检测，目前已申请中国发明专利一项（CN202311023272.9），该工作能够为开发高效的仿酶催化剂及其在生物检测中的应用提供有益参考。

图4. 仿酶用于神经递质可视定量智能检测示意图

相关成果近期发表在Angewandte Chemie International Edition 上，文章的第一作者是天津大学博士研究生李清和闵继伟，通讯作者为王跃飞副研究员。

原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面，或点此查看原文）：

Enzyme-Driven, Switchable Catalysis Based on Dynamic Self-Assembly of Peptides

Qing Li, Jiwei Min, Jiaxing Zhang, Meital Reches, Yuhe Shen, Rongxin Su, Yuefei Wang,* Wei Qi

Angew. Chem. Int. Edition, 2023, DOI: 10.1002/anie.202309830

通讯作者简介

王跃飞，天津大学化工学院副研究员。2015年于天津大学取得博士学位，2015年12月就职于天津大学化工学院，长期从事多肽仿生科学与工程领域的多学科交叉研究。在Chem Soc Rev、Nat Commun、Science、JACS、Angew Chem、ACS Nano、Nano Lett、Adv Sci等期刊发表SCI论文94篇。主持国家自然科学基金面上/青年、天津市重点研发合作项目、产学研等项目近20项；申请中国发明专利12项，授权4项，实现专利技术转让4项。先后受到《人民日报》、《科技日报》、国家自然科学基金委员会等专题报道。研究成果获2018年教育部自然科学二等奖1项，并作为核心成员入选天津市高层次创新创业团队。

https://www.x-mol.com/university/faculty/64332