Spin Sensor-Integrated Covalent Organic Frameworks Reveal the Effect of Host–Guest Interactions on the Catalytic Activity of Immobilized Enzymes

化学 共价键 催化作用 寄主(生物学) 自旋(空气动力学) 固定化酶 组合化学 生物传感器 纳米技术 化学工程 有机化学 生物化学 生态学 材料科学 工程类 生物 航空航天工程
作者
Jing‐Ru Feng,Xiaohui Liu,Siming Huang,Hankang Zhong,Can Xue,Guosheng Chen,Xiantai Zhou,Gangfeng Ouyang
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:147 (32): 28912-28922 被引量:3
标识
DOI:10.1021/jacs.5c06528
摘要

Encapsulating enzymes within covalent organic frameworks (COFs) offers a promising strategy to enhance enzyme stability and facilitate their separation and recycling. However, the complex host-guest interactions in such hybrid systems substantially affect enzyme conformation flexibility, which can dominate key catalytic processes such as substrate binding and catalytic conversion. Understanding these molecular interplays is crucial but remains challenging. In this work, we present a spin sensor-integrated COF (SSICOF) strategy to probe host-guest interactions across diverse enzyme@COF systems. This approach leverages the highly programmable reticular framework of structurally stable COFs, wherein pore channels are atomically engineered to integrate spin probes via a click chemistry reaction. The spin-lattice interactions between the spin probes and the encapsulated enzyme generate interpretable variations in electron paramagnetic resonance (EPR) signals, delivering the host-guest interactions that cannot be probed by traditional spectroscopic techniques. Using the SSICOF approach combined with computational simulations, we demonstrate that the catalytic activity of immobilized enzymes is closely linked to their degree of freedom and structural flexibility under COF pore confinement. This strategy offers a versatile and powerful tool for probing underlying interactions in complex host-guest systems and predicting the catalytic activity of enzyme@COF hybrid biocatalysts.
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