9月8日，我院陈强课题组与华南理工大学曹宇飞团队合作，在《Journal of the American Chemical Society》期刊在线发表题为“Ultrasound-Synchronized In Situ Crystallization Locks Transient High-Activity Enzyme Conformations within Covalent Organic Frameworks”的研究论文。

酶催化功能的实现不仅依赖于其精密的化学结构，更取决于其在溶液中不断演化的构象状态。天然酶往往在热力学平衡下呈现一个构象系综，在超声空化作用下可能产生具备高催化活性的亚稳态构象，但稍纵即逝。如何捕获并稳定这些远离平衡态的高活性构象，而非被动地保护酶的静态结构，代表了酶固定化研究中一个具有挑战性的命题。当前主流的固定化策略多聚焦于提升酶的稳定性和可回收性，却鲜有方法能够主动选择性锁定酶分子在外场介导下的最优构象。如果能够将酶在外场能量输入下被激活的瞬时构象固定于多孔材料之中，就有望实现酶催化性能在稳态条件下的长期保留。 

针对这一挑战，研究团队提出超声同步原位结晶策略。在同一过程中，超声既驱动酶构象动态转变，又促进共价有机框架（COF）在水相中结晶生长，从而在酶尚未弛豫前原位封锁其高底物亲和性构象。团队从孔径和框架化学两个维度构建了6种COF，发现有效的构象锁定依赖于主客体间适宜的空间限域与丰富的非键化学作用。与常规搅拌法策略相比，采用该同步超声策略时最优载体COF-3中辣根过氧化物酶的催化效率提高3.4倍，且连续10个反应循环后仍保持70%以上的初始活性。将该策略拓展至漆酶、细胞色素c和脂肪酶后，固定化酶活性较常规搅拌法制备体系分别提高3.8倍、2.7倍和1.5倍。分子动力学模拟与高分辨二维固态核磁共振分析表明，超声能够诱导酶形成高活性亚稳态构象，同时驱动框架载体生长并通过位阻限域、范德华作用及其他界面非键作用抑制其弛豫。先超声激活再包埋的分步对照实验未获得明显增效，进一步说明构象激活与框架结晶的时间同步十分关键。

这一工作将固定化酶的研究视角从单纯的保护性封装拓展至构象的选择与稳定，提供了一种超越热力学平衡、捕获酶功能性瞬态的新思路，为设计具有增强催化性能的生物复合材料开辟了新的途径，也为理解限域环境下酶分子的构象调控机制提供了有价值的参考。

西南大学为论文第一署名单位。西南大学博士研究生周弘历为论文共同第一作者，西南大学陈强教授为论文共同通讯作者。该工作得到国家自然科学基金、重庆市自然科学基金等项目支持。

论文链接：https://doi.org/10.1021/jacs.6c13996