Synergistic Hydrolysis of Cellulose by a Blend of Cellulase-Mimicking Polymeric Nanoparticle Catalysts.
Synergistic Hydrolysis of Cellulose by a Blend of Cellulase-Mimicking Polymeric Nanoparticle Catalysts.
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DOI：
10.1021/jacs.2c06848
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发表时间：
2022-09-21
影响因子：
15
通讯作者：
Zhao, Yan
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Zangiabadi, Milad;Zhao, Yan
设计的类酶催化剂一直是化学家们追求的目标，但由于在构建复杂底物的多功能活性中心和精确定位催化基团方面存在挑战，因此很难实现。纤维素的水解是生物质利用的关键步骤，需要多种酶协同工作，以克服与降解顽固的底物相关的困难。我们在这里报告了通过共价分子印迹和印迹位点的战略性后修饰来构建这些酶的合成版本的方法。合成催化剂在多个位置以内切方式或从非还原末端以外切方式一次切割一个或三个葡萄糖单位的纤维素链，所有这些都使用天然纤维素酶中的二元酸基序。通过分别模拟纤维素酶内切酶、胞外纤维素酶和β-葡萄糖苷酶，合成的催化剂以协同方式降解纤维素，在pH 6.5的缓冲溶液中，在90℃时的活性是在pH 5和37℃下黑曲霉纤维素酶的两倍多，是商品化纤维素酶混合物(Novozyme)的44%。合成的催化剂是一种坚固的交联型聚合物纳米粒子，在90℃预热3d后活性变化不大，可以重复使用，10次反应循环后仍保持76%的活性。
Enzyme-like catalysts by design have been a long sought-after goal of chemists but difficult to realize due to challenges in the construction of multifunctionalized active sites with accurately positioned catalytic groups for complex substrates. Hydrolysis of cellulose is a key step in biomass utilization and requires multiple enzymes to work in concert to overcome the difficulty associated with hydrolyzing the recalcitrant substrate. We here report methods to construct synthetic versions of these enzymes, through covalent molecular imprinting and strategic postmodification of the imprinted sites. The synthetic catalysts cleave a cellulose chain endolytically at multiple positions or exolytically from the nonreducing end by one or three glucose units at a time, all using the dicarboxylic acid motif found in natural cellulases. By mimicking endocellulase, exocellulase, and β-glucosidase, respectively, the synthetic catalysts hydrolyze cellulose in a synergistic manner, with an activity at 90 °C in pH 6.5 buffer more than doubled that of Aspergillus niger cellulase at pH 5 and 37 °C and 44% of that of a commercial cellulase blend (Novozyme). As robust cross-linked polymeric nanoparticles, the synthetic catalysts showed little change in activity after preheated at 90 °C for 3 days and could be reused, maintaining 76% of activity after 10 reaction cycles.
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影响因子：
12.9
作者：
Bose, Ishani;Zhao, Yan
通讯作者：
Zhao, Yan
影响因子：
5
作者：
Bose I;Zhao Y
通讯作者：
Zhao Y
DOI：
10.1073/pnas.0912073107
发表时间：
2010-03-09
影响因子：
11.1
作者：
Binder, Joseph B.;Raines, Ronald T.
通讯作者：
Raines, Ronald T.
选择性识别水中单糖和低聚糖的通用方法。
影响因子：
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作者：
Gunasekara RW;Zhao Y
通讯作者：
Zhao Y
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作者：
Igarashi, Kiyohiko;Uchihashi, Takayuki;Samejima, Masahiro
通讯作者：
Samejima, Masahiro