适冷纳米酶的仿生构筑及其低温催化应用研究

报告人介绍：

张连兵，博士，西北工业大学生命学院教授。2000年毕业于郑州大学，2007年获德国哈勒维滕贝格大学生物化学硕士学位，2011年获德国斯图加特大学生物技术博士学位。先后在德国、西班牙从事博士后研究。曾获2010国家优秀自费留学生奖学金，欧洲材料研究学会Young Scientist Award，2017年入选陕西省高层次人才计划（青年百人），担任中国生物物理学会纳米酶分会副会长。主要研究方向为纳米催化医学（纳米酶）、铁蛋白的生物医学应用及其纳米生物效应。主持国家自然科学基金、军工部科技项目、陕西省海外留学择优资助项目等项目多项。已在Adv. Mater.,Angew. Chem. Int. Ed.,Nano Lett.,Biomaterials,Small等期刊上发表论文50余篇，授权国内国际专利多项。

摘要：

基于天然适冷酶（在甚至0℃以下具有高效催化性能）的低温生物催化能为低温生物医学和绿色化学提供重要解决途径。然而，如何开发高效稳定的人工适冷酶仍是当前该领域研究的空白。

受天然适冷酶（锰氧化酶）结构与催化机制的启发，以具有类天然酶金属-有机配位结构的金属有机框架材料（MOF）为平台，基于理性设计与精准构筑，仿生构筑类天然适冷酶的关键结构因子，包括高活性的催化中心、柔性的分子构象和低温下优异的底物亲和力。以此创新性地开发出基于超细锰基MOF（nMnBTC）的适冷纳米酶。该纳米酶不仅在0℃的低温区表现出优异的酶催化活性，且在温度升至中温区（45℃）的过程中催化活性几乎不变，这一现象是人工适冷酶领域的首次发现，突破了天然酶和传统人工酶只在特定温区具有最佳活性的应用局限，充分展现出纳米酶在低温催化超越天然酶的优势与重大应用潜质。进一步，结合先进技术表征和催化动力学分析深入揭示nMnBTC的低温催化机制，为人工适冷酶的构筑提供重要理论模型。在此基础上，构建了以nMnBTC为关键组件的新型低温抗病毒策略，在甚至-20℃的低温条件下对H1N1流感病毒表现出高效的杀伤性能。基于适冷纳米酶的低温催化特性，能为低温生物医学和基于低温生物催化的绿色化学途径提供极为重要的理论与技术参考。