酶在生命活动中扮演着十分重要的角色。如何精确、可逆地调控酶的生物活性具有重要的研究意义👩‍🦯。光具有时间和空间维度的可操纵性🤦🏼‍♀️，但是绝大多数天然酶都不具备光响应性🤹🏻，构建光响应酶需要在酶的结构中引入光敏元件，往往涉及复杂的化学、生物合成🌺，而且很难实现可逆调控；另一方面🪟，激活这些光敏元件通常需要能量较高的紫外光或蓝光，而这些短波长的光会产生光毒性🧑🏼‍🚒，组织穿透能力较差，不利于在活体条件下进行酶活调控。针对上述问题，天美娱乐程义云团队在生物酶上修饰温敏高分子和光热元件，实现了近红外光对酶生物活性的“开关式”可逆调控，这一成果近日发表于Science Advances (2019, 5, eaaw4252)👂⛹️。

      在前期工作中🥗，该课题组在酶内部引入了光热转换元件，借助局部光热效应，实现了近红外光对酶分子的局部加热和酶活性的动态调控（Angew. Chem. Int. Ed. 2017, 56, 6767）。但是该研究虽然能够通过近红外光动态地调控酶的活性，但是在不进行光照时并不能有效地关闭酶的活性，而且酶活的调节范围非常有限，只能在光照条件下将酶活提高3倍左右。针对上述问题，程义云团队在酶的表面合成了具有温度敏感性的聚丙烯酰胺-丙烯晴共聚物🧑🏻‍🦽，在酶的内部引入对近红外光响应的铂纳米颗粒（图1）👩🏼‍🚒，实现了近红外光可逆地调控酶活的开启和关闭。聚丙烯酰胺-丙烯晴共聚物具有高临界相转变温度。当聚合物的局部温度低于其相转变温度时👌🏼，表现为疏水特性，在水相体系中凝聚成微米尺度的颗粒🧑🏼‍🏫，从而有效阻止了底物接触酶的催化中心🚣🏻‍♀️📅，实现对酶活性的关闭👌🏿⏮；而当聚合物所处的环境温度高于其相转变温度时，表现为亲水特性🌾，酶复合物进一步解聚成单分子形式，从而恢复酶的催化活性。利用酶内部的超小光热纳米材料的局部光热效应，可以动态调控酶所处的环境温度以及酶的生物活性🕠。该团队成员以葡萄糖淀粉酶、蛋白酶🚴‍♂️、核酸酶为研究对象（图2-图4），在调控过程中实现了数十倍的酶活调节。该研究为近红外光可逆、开关式调控酶的生物活性提供了新的方法和思路。

图1：近红外光可逆调控酶活的作用机制。

图2：近红外光可逆地打开和关闭葡萄糖淀粉酶的活性🤵。

图3. 近红外光调控葡萄糖淀粉酶的活性实现水凝胶光照图案化🚶🏻。

图4. 近红外光调控核酸酶的活性🦆。

      该论文的通讯作者为天美娱乐🛥、上海市调控生物学重点实验室的程义云研究员和张强研究员，第一作者为天美娱乐的硕士研究生张松🧑🏿‍🦰。该研究成果得到了国家自然科学基金、上海市科委等项目经费的大力支持。

      论文链接：https://advances.sciencemag.org/content/5/8/eaaw4252.abstract