近日，物質學院李健課題組利用合成生物學、化學及材料科學等多學科交叉技術開發出可調控的“隨插即用”多功能催化資料，相關成果線上發表於國際知名學術期刊ACS Catalysis。
在蛋白質-高分子聚合物的綴合物（protein-polymer conjugates）中，高分子聚合物以共價鍵結合到蛋白質上，可提高蛋白質的穩定性和生物相容性，同時也賦予蛋白質溫度響應和自組裝效能等特性，被廣泛應用於生物醫藥、生物技術和奈米科技等領域中。為製備蛋白質-聚合物綴合物，人們通常採用原子轉移自由基聚合等化學方法，使高分子聚合物與蛋白質進行耦合，但是這一耦合過程往往涉及較為苛刻的試劑與化學反應，會造成蛋白質（如酶）的功能或活性損失；此外，一旦蛋白質-聚合物綴合物被合成，它們的性質及功能也就固定了，難以再做進一步的功能化開發，限制了後續對該綴合物的更多潜在應用研究。
針對上述問題，李健團隊提出了一種製備蛋白質-聚合物綴合物的新策略，既可以最大程度地保護目標蛋白（如酶）的催化功能，又可以作為一種通用資料，被不同類型的催化劑（例如生物催化劑或納米催化劑）再次功能化後進行催化反應。
研究人員選取一種無催化功能的骨架蛋白，首先通過合成生物學手段將非天然胺基酸定點引入該骨架蛋白，同時在其上融合SpyTag肽段作為後續功能化的抓手。其次通過化學方法對非天然胺基酸位點進行高分子聚合反應，製備出通用型蛋白質-聚合物綴合物。隨後在溫和的反應條件下，利用生物“點擊”化學反應（click reaction）（即SpyTag-SpyCatcher反應）將不同的功能基團與綴合物進行連接，進而形成“功能基團-骨架蛋白-高分子聚合物”的複合物，該複合物即可行使功能基團的催化功能。理論上，這一通用型蛋白質-聚合物綴合物可與任何催化功能基團通過“點擊”反應進行“隨插即用”式功能化，實現可調控的催化反應。
為了便於綴合物的應用，研究人員還將綴合物製成水凝膠，並分別選取了綠色螢光蛋白、生物催化劑（酶）以及納米金催化劑對綴合物進行功能化。結果表明，這些功能分子均可成功與水凝膠中的綴合物通過“點擊”反應進行耦合，並能保持自身的相應功能。有趣的是，功能化的凝膠催化資料還能按照預先設計實現酶促-化學級聯催化反應。這一“隨插即用”多功能催化資料的開發在化學合成、工業/生物催化以及生物醫藥等領域具有廣泛的應用前景。
圖1（a）“功能基團-骨架蛋白-聚合物”製備過程示意圖。（b）功能化綴合物水凝膠資料實現酶促-化學級聯催化反應。
上海科技大學物質科學與技術學院博士後劉雨詩為論文第一作者，李健教授為唯一通訊作者，上海科技大學為第一完成單位。
論文標題：Plug-and-play functionalization of protein-polymer conjugates for tunable catalysis enabled by genetically encoded“click”chemistry
論文連結：https://doi.org/10.1021/acscatal.2c00846