用稳定剂覆盖疏水区以溶解纯化的跨膜蛋白对于它们在水性介质中的应用是至关重要的。小分子2-甲基-2,4-戊二醇（MPD）用于稳定跨膜蛋白铁异羟肟酸摄取蛋白组分A（FhuA），其用作构建铑基生物杂化催化剂的宿主。与常用的洗涤剂如十二烷基硫酸钠或聚乙二醇乙二醇不同，MPD不会在溶液中形成胶束。分子动力学模拟揭示了稳定MPD分子的作用和位置。两亲性MPD相对于胶束形成洗涤剂的优点在苯乙炔的聚合中得到证实，显示产率增加十倍并且分子量增加。
关键词： 两亲分子2-甲基-2,4-戊二醇; 混合催化剂; 苯乙炔聚合; 重折叠剂; 跨膜蛋白FhuA
过渡金属催化剂和蛋白质通过配位，超分子或共价方式的组合产生所谓的人工金属酶或生物杂化催化剂[1,2]。使用非天然催化剂，可以扩大天然酶的范围或改善活性。最近的例子是构建复分解酶[3,4]，不对称转移氢化酶[5,6]，Diels-Alderases [7-10]，一种用于碳 - 硅键形成的酶[11]，一种苯乙炔聚合酶[12,13]。 ]等人[14-17]。
需要克服的挑战是非预期的底物 - 蛋白质相互作用，例如，用极性氨基酸残基排斥极性底物[18]。此外，非极性基质难溶于水并且通常构建第二相或需要助溶剂。对于蛋白质，这些条件具有挑战性。溶剂与蛋白质的相互作用可破坏三维结构并导致蛋白质沉淀[19-21]。为避免使用非极性底物时沉淀，蛋白质浓度通常会降低，导致活性丧失。例如，通过使用稳健的β-桶蛋白硝基丁均在水中实现苯乙炔的聚合。苯乙炔聚合的选择性受蛋白质作为第二配体球的影响[12,13]。该催化剂在有机溶剂四氢呋喃（THF）中实现了顺式 / 反式比率为91：9，或者在没有确定的蛋白质环境的情况下结合在蛋白质表面上[12]。通过蛋白质腔内的突变，该比率几乎反转为顺式 / 反式18:82 [13]。然而，由于蛋白质浓度降低，生产率仍然很低。
增加蛋白质稳定性的策略是使用全细胞催化剂。细胞通常表现出对共溶剂，pH和高温的稳定性增加[22,23]。Ward及其同事在体内方法中使用了人工复分解酶，显示了人工金属酶领域的最新实例。这些首次尝试有望产生人造全细胞催化剂。然而，营业额为6（相对于金属含量）的生产率仍然很低[4]。
在这里，我们提出了一种新的策略，基于强大的β-桶蛋白铁异羟肟酸摄取蛋白成分A（FhuA，T m 60-65°C，加热至85°C后重新折叠，耐受高达40％体积的THF）[ 19,24-27]。FhuA是已知最大的外膜蛋白之一，由22个反平行β-折叠组成，它们通过长的细胞外环和短的周质转角连接。在去除桶塞“软木”区域（Δ1-160）后，形成的孔（2.5-3.0nm）足够大以容纳对空间要求很高的催化剂和底物[28,29]。作为跨膜蛋白，FhuA需要在水性环境中稳定其疏水性跨膜区，其在大肠杆菌（E.coli）外膜中被磷脂天然覆盖[30]。对于膜蛋白的提取，通常应用胶束形成洗涤剂，如十二烷基硫酸钠（SDS），聚乙二醇 - 聚乙二醇（PE-PEG），糖甙或聚氧乙烯[24,25,28,31,32]。SDS是用于膜蛋白溶解的有效去污剂，但是导致蛋白质去折叠作为缺点。洗涤剂的不利之处在于由于使蛋白质变性或由洗涤剂胶束降低生产率而导致的选择性大大降低，因为疏水性化合物很可能位于疏水性胶束核心内。最近，小两亲性酒精2-甲基-2,4-戊二醇（MPD）被证明能够成功稳定膜蛋白，并能够表征蛋白质修饰[33,34]。在作为重折叠剂的MPD分子存在下进行苯乙炔的聚合，与用胶束形成的重折叠试剂PE-PEG催化相比，达到更高的分子量和产率。MPD分子的最小通过分子动力学研究进行分析，以使SDS变性的跨膜蛋白的FhuAΔCVF的重折叠TEV [29] 。
本报告旨在证明正确选择膜蛋白稳定剂对生物杂交催化的重要性。