由于酶的效率、选择性和环境可持续性，酶在化学合成和生物技术中有重要的机遇。然而，由于酶的三维活性结构主要是由较弱的非共价相互作用来维持的，热、pH和化学应激因子可以修饰或消除活性。金属有机骨架是一种由金属基节点和有机连接体自下而上组装成的可扩展多孔网络材料，可用于保护酶。当在生物分子存在下合成MOF时，它的自组装结构可用于封装酶的过程中，这一过程称为包封。另外，酶可以通过共价或非共价过程渗透到介孔MOF结构或表面结合。以这种方式整合MOF材料和酶可提供保护，并使酶在挑战条件下（例如变性剂，高温，非天然pH值和有机溶剂）保持活性。除了形成简单的酶/MOF生物复合材料外，还可将其他材料引入复合材料，以提高回收率或促进传感和燃料电池技术的先进应用。

有鉴于此，澳大利亚阿德莱德大学Christian J. Doonan和奥地利格拉茨技术大学 Paolo Falcaro等人，综述了酶的包封、孔隙渗透和表面吸附等保护酶的方法，并总结了形成多组分复合材料的策略。此外，鉴于酶/MOF生物复合材料跨越了材料化学和酶学，介绍了用于MOF固定化酶的表征方法，并确定了一些关键参数以促进该领域的发展。

本文要点

1）基于合成方法对酶生物复合材料进行了分类，有六类酶(氧化还原酶、转移酶、水解酶、裂解酶、异构酶和连接酶)，由于它们催化的反应类型，可能更适合包含在三种主要方法之一形成的生物复合材料中。此外，当将多个亚基组成的酶或需要辅因子的酶封装在MOF中时，可以得到更有效的保护。

2）仅考虑酶的种类，不考虑酶的组成、大小和辅助因子要求，通常涉及底物(如氧化还原酶或异构酶)或底物裂解（例如水解酶或裂解酶）的微小变化的反应类型很可能允许将其合并到包裹或渗透形成的生物复合材料中;这些酶类的产物不应受到扩散限制的影响，因为产物的大小与底物相当或更小。例如，氧化还原酶和水解酶/裂解酶类，包括商用过氧化氢酶、辣根过氧化物酶和脲酶已被广泛用于一锅包封。此外，转移酶和连接酶在底物扩散效应方面可能更适合于表面固定化或浸润。关于一锅合成，可以通过缺陷工程和MOF矩阵的结构化来实现克服扩散限制的方法。

3）考虑孔网络对于促进底物和辅因子的进入至关重要。这可以包括提供一个单独的通道以促进辅助因子的进入和流出。取决于辅助因子的大小，这对于使用已建立的MOF，例如ZIF-8，通过一锅封装程序封装的酶来说可能是一个挑战。此外，在这种情况下，假设可以通过这些生物复合物提供的保护水平略有降低而维持酶的活性和稳定性，则表面附着可能是一个更有利的主张。在MOF孔网络内渗透非常高分子量的酶也将具有挑战性，因为此过程将需要具有适当大直径通道的稳定框架。虽然一些大直径和高分子量的酶是基于单个蛋白质亚基的，但大多数是由多个亚基组成的。鉴于这些亚基是通过分子间相互作用组装的，将其封装在MOF的保护范围内可能是最有效的保护方法。但是，必须选择能够使酶保持完整的合成条件。

参考文献：

Weibin Liang et al. Metal–Organic Framework-Based Enzyme Biocomposites. Chem. Rev., 2021.

DOI: 10.1021/acs.chemrev.0c01029

https://doi.org/10.1021/acs.chemrev.0c01029