近日，华东师范大学化学与分子工程学院、上海市绿色化学与化工过程绿色化重点实验室李丽教授团队在级联酶催化领域取得新进展。课题组基于“绿色碳科学”的理念，聚焦多酶催化级联系统的仿生构建，实现了单个金属有机框架（Metal-Organic Frameworks, MOFs）中层次化封装多酶的高效协同催化。该项研究成果对拓展级联酶催化在制药、能源、食品、化工等领域的应用具有重要意义。

   生物体内发生着大量酶级联反应（如光合过程、呼吸过程、代谢过程等），生物系统通过将多种酶限制在亚细胞区室中有效保证这一系列复杂化学反应高效、有序地进行。限域微环境中的级联反应有效降低了扩散势垒、提高中间体的局部浓度，具有高度的原子经济性。将酶在框架结构上进行整合，以模拟高效的生物级联系统，具有非常重要的应用价值和发展潜力。MOFs具有比表面积高、孔径可调、组分多样、表面易功能化等诸多优点，是封装酶的理想框架材料之一。然而，传统金属有机框架在封装多酶时采取单腔室策略，随机无序组装使其易受不相容性和交叉反应的限制。受生物体内多酶催化构建策略的启发，基于隔室化思想课题组构建了层次化支架实现多酶有序隔室化封装，通过精准调控中间体扩散路径，有效解决了不相容酶的稳定共存及协同催化。这类多腔室封装酶级联反应效率比传统单腔室封装提高15.4倍；相比自由酶，MOFs封装酶催化剂用量可降至μg/mL；温和的反应条件适用于葡萄糖氧化酶、辣根过氧化物酶、蛋白酶、乙醇脱氢酶等多种级联系统的隔室化封装，有望进一步拓展酶级联在体外生物催化、化工制药、疾病诊疗等领域的应用。

   此外，课题组首次将nano-FTIR纳米傅里叶红外光谱技术应用于MOFs固定化酶的机制探究。现有高分辨成像技术，如电镜或扫描探针显微镜等鉴定化学成分的能力较弱；红外光谱具有很高的化学敏感度，但是其空间分辨率受衍射极限限制只能达到微米级别。nano-FTIR技术综合了原子力显微镜的高空间分辨率和傅里叶红外光谱的高化学灵敏度，在纳米尺度下实现对级联酶体系在MOFs框架中的空间分布及与框架配位相互作用的探究。

   相关成果发表于Nature Communications 上。华东师范大学2017级博士生满天天为论文第一作者，硕士研究生徐彩霞和本科生李丹参与了课题的研究。