pH Feedback Lifecycles Programmed by Enzymatic Logic Gates Using Common Foods as Fuels

葡萄糖氧化酶 单糖 级联 化学 生物相容性材料 生物化学 酶催化 动力学 生物系统 生物 色谱法 工程类 生物医学工程 物理 量子力学
作者
Xinlong Fan,Andreas Walther
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
卷期号:60 (20): 11398-11405 被引量:49
标识
DOI:10.1002/anie.202017003
摘要

Artificial temporal signaling systems, which mimic living out-of-equilibrium conditions, have made large progress. However, systems programmed by enzymatic reaction networks in multicomponent and unknown environments, and using biocompatible components remain a challenge. Herein, we demonstrate an approach to program temporal pH signals by enzymatic logic gates. They are realized by an enzymatic disaccharide-to-monosaccharide-to-sugar acid reaction cascade catalyzed by two metabolic chains: invertase-glucose oxidase and β-galactosidase-glucose oxidase, respectively. Lifetimes of the transient pH signal can be programmed from less than 15 min to more than 1 day. We study enzymatic kinetics of the reaction cascades and reveal the underlying regulatory mechanisms. Operating with all-food grade chemicals and coupling to self-regulating hydrogel, our system is quite robust to work in a complicated medium with unknown components and in a biocompatible fashion.

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