鑽石舞台

創新點：提出了一種酶響應性修飾的新策略來替代傳統的酶固定化策略。通過一種溫度-pH雙響應性分子臂修飾纖維素酶單分子表面，賦予纖維素酶環境響應性。之後利用相變的原理高效水解不溶性纖維素，並實現酶與底物的高效分離。

關鍵詞：陝西科技大學，單酶分子修飾，雙響應性，纖維素水解

纖維素作為一類由葡萄糖單元構築而成的大分子多糖類生物質資源，具有產量充裕、污染小、可再生等優點，可將其轉化為具有高附加值的生物能源及日用化學品。在纖維素轉化過程中，將纖維素轉化成還原性糖類被認為是纖維素高值化利用中最為關鍵的一步。纖維素酶法由於其反應條件溫和，綠色無污染等諸多優勢被認為是實現纖維素水解最具前景的手段。在酶法中，將纖維素酶固定雖可穩定酶結構並實現其循環利用，最終降低酶法轉化成本。但固定的酶與不溶性底物間所存在的傳質障礙將致使纖維素水解效率較低。針對這一問題，陝西科技大學朱興、范明亮與賀斌等提出了一種酶響應性修飾的新策略來替代傳統的酶固定化策略，通過合成具有溫度-pH雙響應性的聚（丙烯酸-丙烯腈）（PAA-PAN）分子臂，實現對纖維素酶單分子的表面修飾，從而利用相變的原理實現纖維素酶對不溶性纖維素的高效水解，以及後續的高效分離 (圖1)。

詳細而言，將單個纖維素酶分子固定到PAA-PAN修飾臂上能夠表現出明顯的溫度與pH響應性。在纖維素酶最適反應條件下，酶分子可以自由地在溶液中移動，纖維素酶分子能夠自主地調節活性位點，從而與底物進行充分接觸，保證底物的高效水解。結果表明，將纖維素酶進行單一修飾以後，基本達到了游離纖維素酶對不溶性底物的水解轉化率。與此同時，通過體系溫度與pH的獨立調控，在數個批次的水解反應後，纖維素酶的回收率依然能夠達到80%以上。此外，修飾以後的纖維素酶分子在長達15個批次的循環使用以後，依然能夠保持原有活性的60%以上（圖2）。以上結果證明了這一修飾方式十足的發展潛力。

總而言之，這項工作詮釋了單酶修飾的新策略，在一定程度上解決了傳統固定化纖維素酶在催化不溶性纖維素時的傳質問題，為纖維素酶的工業化利用提供一種新的視角。

相關工作以「Dual Responsive Molecular-Arm Modified Single Enzyme Molecules for Efficient Cellulose Hydrolysis」為題，發表在Macromolecular Rapid Communications（DOI: 10.1002/marc.202200092）上，陝西科技大學輕工科學與工程學院為本工作的第一單位。