Гибридные нанокапсулы на основе ферритина показывают повышенную каталитическую активность

Новая гибридная нанокапсула ферритина с гистидиновыми остатками демонстрирует в 1.5 раза более высокое поглощение ионов металла и улучшенную каталитическую эффективность для производства спиртов. К такому выводу пришли исследователи из Токийского технологического института (Tokyo Tech). Их работа указывает, что гибридные био-нанокапсулы могут эффективно катализировать реакции для получения промышленно важных продуктов.

Дизайн мутантных капсул

Большинство попыток увеличить поглощение ионов металла ферритином приводило к созданию капсул с низкой стабильностью. Команда под руководством профессора Такафуми Уэно (Takafumi Ueno) ввела сайт-специфичные мутации в ядро нанокапсулы ферритина, чтобы повысить поглощение иридиевого комплекса (IrCp*), важного катализатора в производстве спиртов.

Исследователи заменили две аминокислоты — аргинин и аспарагиновую кислоту в обычной (дикого типа) капсуле ферритина — на гистидин, создав мутанты R52H и D38H. Эти изменения не повлияли на структуру сборки или размер капсулы.

Ключевые результаты

  • Мутант R52H смог включить в 1.5 раза больше атомов иридия, чем капсула дикого типа.
  • Мутант D38H показал поглощение, аналогичное дикому типу. Это указывает, что важна не только присутствие остатка гистидина, но и его позиция для определения эффективности поглощения.
  • Используя новые каталитические капсулы, учёные достигли выхода продукта (спирта) до 88%. Мутации благоприятствовали структурной перестройке компонентов реакции, что повысило скорость конверсии.
  • Моделирование показало взаимодействие между субстратом и гистидином в мутанте R52H, которого не было в капсуле дикого типа, то есть субстрат демонстрировал предпочтительное связывание внутри нанокапсулы.

Выводы и перспективы

Эти гибридные био-нанокапсулы также оказались высокостабильными, что предполагает их потенциальное использование в качестве катализаторов в промышленных приложениях. Текущий дизайн сайта связывания иона металла может быть усовершенствован для создания новых мутантов ферритина с селективным поглощением специфических молекул-«гостей» для различных каталитических применений в химической и фармацевтической промышленности.

Исследование опубликовано в журнале Angewandte Chemie.