Los dos principales desafíos en la catálisis enzimática industrial son el número limitado de tipos de reacciones químicas que son catalizadas por enzimas y la inestabilidad de las enzimas en condiciones difíciles en la catálisis industrial. Se necesita con urgencia tanto expandir la catálisis enzimática a un alcance de sustrato más amplio y una mayor variedad de reacciones químicas como ajustar el microambiente que rodea a las moléculas enzimáticas para lograr un alto rendimiento enzimático.

Recientemente, un equipo de investigación dirigido por el profesor Jun Ge de la Universidad de Tsinghua, China revisó sus esfuerzos utilizando el enfoque de novo para sintetizar catalizadores enzimáticos híbridos que pueden abordar estos dos desafíos y se analiza la relación estructura-función para revelar los principios del diseño de catalizadores enzimáticos híbridos. Los resultados fueron publicados en Revista china de catálisis .

En 2012, Primero informaron sobre un método de coprecipitación para preparar compuestos de enzima-cristal inorgánico. El método de coprecipitación se usa generalmente para preparar catalizadores enzimáticos híbridos con varios cristales inorgánicos, incluidos los MOF. En 2014, Primero propusieron una estrategia de coprecipitación para sintetizar directamente MOF incrustados en proteínas. La estrategia de coprecipitación para sintetizar compuestos de enzima-MOF se usa ampliamente en diferentes tipos de MOF, enzimas proteínas, ADN ARNip, anticuerpos, e incluso células. Se discutieron los mecanismos de mejora de la actividad y estabilidad de las enzimas en el entorno confinado de las MOF. Además de esto, construyeron compuestos multienzimas-MOF para mejorar la reacción en cascada en un andamio confinado y desarrollaron un modelo basado en partículas para comprender el origen de la mejora de la actividad.

La actividad aparente de las enzimas en las MOF con un tamaño de poro limitado suele verse comprometida cuando el sustrato de la enzima tiene un peso molecular relativamente alto. Al introducir defectos dentro de la matriz MOF para generar poros más grandes, Las restricciones de difusión pueden aliviarse. Por lo tanto, desarrollaron métodos para introducir defectos en los MOF durante la coprecipitación. Ajuste de la concentración de precursores de MOF, Se pueden sintetizar MOF defectuosos e incluso amorfos. Estos defectos crearon mesoporos en los compuestos, facilitó el acceso de los sustratos a las enzimas encapsuladas y mejoró la actividad enzimática aparente. El mecanismo de generación de defectos se estudió y comprendió a fondo.

Es más, en lugar de encapsulación enzimática, Los pequeños cristales inorgánicos pueden crecer in situ en un entorno confinado en la superficie de una enzima para combinar la catálisis enzimática y la quimiocatálisis. Demostraron cómo construir un catalizador híbrido enzima-metal para combinar eficientemente la catálisis enzimática y la catálisis de racimo de metales. Se utilizaron conjugados simples de lipasa-polímero como nanoreactores confinados para la generación in situ de nanopartículas / grupos de Pd para lograr la resolución cinética dinámica quimioenzimática (DKR) de las aminas. Se observó la distinta actividad dependiente del tamaño de las nanopartículas de Pd. Los experimentos y simulaciones sugirieron que la ingeniería del estado de oxidación de Pd juega un papel importante en la actividad de Pd en el catalizador híbrido. Esta estrategia para construir catalizadores híbridos enzima-metal con excelente compatibilidad entre las actividades enzimática y metal-catalítica conduce a muchas aplicaciones potenciales en la industria química.