用于更快催化的新型混合纳米笼

东京工业大学的研究人员在一项新研究中发现，一种具有组氨酸残基的新型混合铁蛋白纳米笼的金属离子吸收率提高了 1.5 倍，并提高了酒精生产的催化效率。他们的研究结果表明，混合生物纳米笼可以有效地催化反应以产生工业上重要的产品。

生物聚合物可以自发​​地自组装成类似于容器或笼子的复杂结构，但要小得多，被称为“纳米笼”。这些结构可以容纳它们内部的各种分子，这些分子充当“客人”。一个流行的例子是“铁蛋白纳米笼”，它是由 24 个亚基自组装成蛋白质铁蛋白形成的，可以包裹作为重要催化剂的金属离子。在这些金属离子的帮助下，催化反应将任何底物转化为产物。尽管广为人知，但铁蛋白笼在工业中的潜在应用仍有待充分探索。

迄今为止，大多数增加铁蛋白中金属离子摄取的努力都导致笼子稳定性低。要让“客人”在笼子里坐好，有效的设计是关键。牢记这一点，由东京工业大学 (Tokyo Tech) 的 Takafumi Ueno 教授领导的一组科学家在铁蛋白纳米笼的核心引入了位点特异性突变，并增加了其对铱复合物 (IrCp* )。他们的研究结果发表在Angewandte Chemie上。铱是酒精生产途径中的重要催化剂，商业上用于制药、食品和化学工业。

Ueno 教授解释说：“根据以前的文献，我们知道笼中配位氨基酸的存在提高了铱的活性，并且用适当的残基取代这些氨基酸可以缓解这个问题。由于铱络合物作为催化剂，配位残留物可以完成这项工作。”作者使用氨基酸组氨酸替换常规(野生型)铁蛋白笼的两个残基、精氨酸和天冬氨酸，并产生突变体 R52H 和 D38H。值得注意的是，组装结构或笼大小不受这些变化的影响。

接下来，他们将 IrCp* 添加到突变体中，发现 R52H 能够嵌入比野生型笼多 1.5 倍的铱原子(图 1)。但是，让他们震惊的是D38H突变体，它的行为与野生型完全一样!那么，为什么两种突变没有相同的效果呢?根据 Ueno 教授的说法，“这意味着不仅组氨酸残基的存在，而且它的位置对于确定笼子中的摄取效率至关重要。”

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