氧化还原酶是生物催化中的关键酶，但其对辅酶磷酸烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(NAD(P))的依赖性因其高消耗和高成本而面临挑战。提高该类酶在生物催化中对辅酶的利用效率具有重要意义。

酶融合是一种常用的辅因子再生策略，但辅因子的高使用率和有限的回收率限制了催化过程的可持续性。因此，迫切需要开发减少NAD(P)使用量的方法，以提高氧化还原酶催化过程的效率。

天津大学孙岩教授团队设计了一种具有静电辅因子通道的肽桥融合氧化还原酶，在相同辅因子输入的情况下，可将NADPH输入降低两个数量级或将反应时间缩短三倍。

相关研究结果发表在《中国催化学报》上。

通过分子动力学 (MD) 模拟和实验验证，开发了一种肽桥接策略，用于连接苯丙酮单加氧酶和亚磷酸脱氢酶，以创建跨桥的烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸 (NADP) 通道。

十肽连接体R10(RRRQRRRARR)已被鉴定为最有效的连接体。在较低的NADPH/酶比(0.1)下，R10连接融合酶(FuE-R10)表现出比混合游离酶体系(MFEc)和柔性肽连接融合酶FuE-GS10更高的转化率。

此外，与其他 FuE 相比，FuE-R10 表现出显著提高的运输效率因子，表明 NADP 扩散受到限制，并且酶的 NADP 结合口袋之间的运输效率很高。

MD 模拟揭示了 FuE-R10 中 NADP 的解离能垒为正值，证明了跨肽的辅因子通道的建立。

竞争性副反应实验表明FuE-R10能够有效抑制NADPH的副氧化反应，进一步证实了FuE-R10中辅因子通道的存在。

通过研究离子强度对级联反应的影响，进一步验证了静电辅因子通道效应。此外，将肽桥缩短至五个精氨酸残基(FuE-R5)可进一步增强通道效应，与FuE-R10相比，侧链氧化反应的抑制作用增强，级联转化率也提高。

值得注意的是，在1 μmol L –1 NADPH 浓度下，5 μmol L –1 FuE-R5 在酯合成中的作用相当于150 μmol L –1 NADPH 浓度下的5 μmol L –1 MFEc 。这意味着使用 FuE-R5 代替 MFEc 可以将辅因子输入降低两个数量级(至 1/150)，并且融合酶可以在亚化学计量的 NADP 浓度下有效地工作。

因此，这项研究为开发辅因子通道级联生物催化以实现高效和可持续的辅因子利用开辟了一条新途径。

更多信息： 郭泽辉等，融合酶中辅因子通道的肽桥使辅因子输入降低两个数量级，《催化学报》(2025)。