酶在生命活动中发挥了至关重要的作用。如何精确调控酶的催化活性对研究复杂的生物学过程具有重要的意义。近年来，利用外源刺激包括光、磁、声波等调控酶活性的研究大量报道。其中，光作为调控手段可以在时间、空间维度上对酶的活性进行调控，因而备受关注。然而，现有的构建光敏感酶的技术过于复杂，且多采用紫外光或者可见光作为光源，不仅组织穿透能力差，而且易对生物体产生光毒性。
针对这一现状，华东师范大学生命科学学院的程义云教授开发了一种通过近红外光动态调节酶催化活性的技术。研究者在酶分子的内部引入光热转换元件，借助脉冲近红外光实现了对酶分子的局部加热和酶活性的动态调控（图1）。更为重要的时，红外光照射不会引起酶溶液的系统升温。该技术有望为研究细胞内的复杂酶催化过程提供强有力的工具。研究成果发表在国际著名学术期刊《德国应用化学》上。
图1. 近红外光照射酶内部的铂纳米颗粒产生光热效应进而提高酶的催化活性
该研究利用简单的化学方法在淀粉酶、葡萄糖氧化酶、过氧化氢酶、蛋白酶等分子内合成了1-2纳米的超小铂纳米颗粒，并利用铂纳米颗粒高效的光热转换性能实现了酶分子局部温度的升高，从而实现对酶催化活性的调控。这项技术可以在不引起宏观体系温度升高的情况下，实现对酶的催化活性进行快速、反复的调节（图2，图3）。更重要的是，这项技术具有普适性，可应用于多种酶分子，在光控催化、治疗等领域具有重要的应用价值。论文的通讯作者为程义云教授，第一作者为华东师范大学生命科学学院的博士研究生王长平以及张强副教授。
图2. 光敏感淀粉酶的表征以及红外光动态调控淀粉酶的催化活性
图3. 红外光照射局部增强淀粉酶的催化活性产生的显色反应差异
该论文作者为：Changping Wang, Qiang Zhang, Xinyu Wang, Hong Chang, Sanjun Zhang, Yuankai Tang, Jianhua Xu, Ruijuan Qi, Yiyun Cheng
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Dynamic Modulation of Enzyme Activity by Near-Infrared Light
Angew. Chem. Int. Ed., 2017, DOI: 10.1002/anie.201700968
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