天然低共熔溶剂中糖基化生物催化剂的活性与热稳定性突破：酶功能边界的新拓展

　　本研究针对酶在非水介质中稳定性与活性不足的问题，创新性地采用天然低共熔溶剂（NaDES）作为反应介质，系统探究了左聚糖蔗糖酶（SacB）和β-果糖呋喃糖苷酶（Invertase）在近无水NaDES中的催化行为。通过COSMO-RS模型筛选溶剂体系，结合差示扫描量热（DSC）和圆二色谱（CD）技术，发现糖-多元醇型NaDES可使酶活性提升742%（SacB）和580%（Invertase），热稳定性提高23,100倍（SacB）和2,500倍（Invertase），并将最适温度提升至70-80°C。该研究为绿色生物催化提供了新思路，相关成果发表于《International Journal of Biological Macromolecules》。

　　

在追求绿色化学的时代背景下，酶催化技术因其高效、专一和环境友好等优势备受关注。然而，传统酶制剂在水相体系中面临热稳定性差、有机溶剂兼容性低等瓶颈问题，严重制约其在工业中的应用。特别是糖基化酶类，如左聚糖蔗糖酶（SacB）和β-果糖呋喃糖苷酶（Invertase），虽然能催化重要生物转化反应，但其在非水介质中的表现往往不尽如人意。近年来，天然低共熔溶剂（Natural Deep Eutectic Solvents, NaDES）作为新型绿色溶剂崭露头角，它由天然组分构成，具有低毒、可生物降解和可设计性强等特点。但现有研究多集中于高含水量体系，对近无水条件下酶的结构-功能关系认知仍存在巨大空白。

为突破这一局限，墨西哥国立自治大学的研究团队开展了一项开创性研究。他们选取SacB和Invertase作为模式酶，通过COSMO-RS计算模型筛选设计NaDES体系，系统考察了酶在近无水条件下的催化性能变化。研究采用差示扫描量热法（DSC）分析热力学参数，结合圆二色谱（CD）解析二级结构变化，首次揭示了NaDES诱导酶超强稳定性的分子机制。

关键技术方法包括：1）基于COSMO-RS理论筛选设计NaDES组分；2）测定酶在NaDES中的催化活性及动力学参数；3）差示扫描量热法测定熔解温度（T_m
）和半衰期（t_1/2
）；4）圆二色谱分析二级结构变化；5）比较酶在缓冲液和NaDES中的最适温度（T_opt
）。

Selection of neat NaDES as reaction medium

研究发现，在50°C条件下，两种酶在所有测试的NaDES中均保持活性，其中糖-多元醇型NaDES表现最佳。特别在果糖-山梨醇-水（1:1:5，F-S-W）体系中，SacB和Invertase活性分别提升742%和580%，远高于传统缓冲体系。

Thermostability and optimum temperature in NaDES

温度适应性研究取得突破性发现：在F-S-W体系中，SacB和Invertase的最适温度分别提升至70°C和80°C，达到嗜热酶标准。更惊人的是，两种酶在100°C以上仍保持活性，SacB的半衰期延长23,100倍，Invertase延长2,500倍。DSC分析显示SacB的T_m
提高31.2°C，Invertase提高3.2°C。

Structural changes in NaDES

CD光谱分析揭示了性能提升的结构基础：酶在F-S-W中β-折叠结构显著增加。预平衡处理进一步强化了这一效应，说明NaDES诱导的构象变化是热稳定性提升的关键。

Conclusions

该研究证实，近无水NaDES能通过诱导β-折叠结构增加，显著提升糖基化酶的活性和热稳定性。这种"溶剂工程"策略使中温酶转变为嗜热酶，突破了酶固有的温度限制。研究为设计高性能生物催化剂提供了新思路，拓展了NaDES在工业生物催化中的应用前景。

K. Bautista-Rangel等学者的这项工作，不仅解决了酶在非水介质中稳定性差的核心难题，更开创性地证明溶剂微环境可重塑酶的特性。其发现的"溶剂诱导酶进化"现象，为蛋白质工程提供了全新视角。该成果对开发耐高温生物催化剂、实现绿色制造具有重要意义，相关技术有望在食品、医药和能源等领域产生深远影响。