刘俊秋教授团队在ACS Catalysis上发表研究成果

近日，材化学院刘俊秋教授团队与西北工业大学潘铁铮博士开展的智能化硒酶设计与构筑研究取得进展，研究工作“Reversible Switch of a Selenium-Containing Antioxidant System Regulated by Protein Assembly ”发表在催化领域国际顶级期刊ACS Catal. 2020, 10, 9735−9740上（影响因子12.35）。

谷胱甘肽过氧化物酶（GPx）的抗氧化作用通常被认为是生物物抵抗活性氧介导氧化损伤的重要防御手段。GPx包含稀有的氨基酸硒代半胱氨酸（Sec），通过消耗谷胱甘肽（GSH）可将过量的过氧化物还原为无害的羟基化合物。值得注意的是，催化位点周围的残基（例如Arg和Gln）通过静电相互作用和盐桥显着促进了GSH的特异性结合，从而提供了底物识别能力以确保GPx的高活性。由于天然GPx的高成本和较差的稳定性，有机小分子，超分子系统和天然蛋白都已被用作人工酶骨架来模拟抗氧化功能。相比于小分子，蛋白质具有更好的可塑性，能通过近似于天然酶的机制获得高催化活性。计算机辅助设计的兴起进一步推动了在非同源蛋白质上建立一个全新活性位点的尝试，该途经的重大优势之一是将抗氧化功能与蛋白质骨架的固有功能（例如热稳定性和变构调节）结合在一起，创造更丰富的可能性。如何构筑能将可逆形貌与可调控功能相协同的蛋白质组装体仍是现有技术的重大挑战。

受天然蛋白质组装体的酶活性调控作用所启发，研究团队通过基因工程改造非同源蛋白质SP1为硒酶，并将其与树枝状分子PAMAM组装成牢固可控的纳米线，实现了在反复可逆的组装与解离过程中控制催化位点的包埋与裸露，从而构筑一套由蛋白质组装行为调节的抗氧化体系，建立起可逆纳米结构与催化活性功能之间的桥梁。该体系的动态形貌与活性变化相对应，活性的阻断和恢复效率分别达到95.5％和98.7％，并且在多个开关循环后具有稳定的催化活力。本文为构建智能的人工抗氧化系统提供了一种实用的方法。

我院刘俊秋教授为论文通讯联系人，西工大潘铁铮博士为第一作者。该研究团队在硒酶构筑和蛋白质组装研究领域已连续发表多篇高水平研究论文（Chem. Rev. 2016, 116, 13571-13632；Chem. Soc. Rev., 2016, 45, 2756-2767；ACS Nano 2019, 13, 1861−1869；Angew. Chem. Int. Ed. 2014, 53, 13536–13539；Angew. Chem. Int. Ed. 2013, 52, 5590 –5593；J. Am. Chem. Soc. 2013, 135, 10966−10969）。

论文链接：https://dx.doi.org/10.1021/acscatal.0c02638