微滴（氣溶膠）是大氣中的顆粒類型之一，是水相物質(zhì)向大氣轉(zhuǎn)移的介質(zhì)和信息載體。微滴（氣溶膠）含有細(xì)菌、病毒、脂質(zhì)及酶等微生物，但鮮有關(guān)于生物酶活性及其催化機(jī)制的研究。微滴化學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，微滴（氣溶膠）中部分酶的活性比普通本體溶液高1至2個數(shù)量級，而微滴增強(qiáng)酶活性的機(jī)制尚不明晰。中國科學(xué)院煙臺海岸帶研究所丁家旺與秦偉團(tuán)隊(duì)通過振動斯塔克光譜，確認(rèn)微滴（氣溶膠）中界面處的過氧化物酶內(nèi)部電場增強(qiáng)，并基于密度泛函理論和分子動力學(xué)模擬揭示了微滴（氣溶膠）增強(qiáng)過氧化物酶催化活性及選擇性的機(jī)制。
該研究通過辣根過氧化物酶的分子抑制劑-苯并羥肟酸，探測了本體溶液和微滴（氣溶膠）界面處辣根過氧化物酶的內(nèi)部電場，發(fā)現(xiàn)了微滴（氣溶膠）可以增強(qiáng)酶催化反應(yīng)的反應(yīng)路徑選擇性和底物選擇性。進(jìn)一步，該研究通過密度泛函理論和分子動力學(xué)模擬，證實(shí)了微滴（氣溶膠）界面的超強(qiáng)電場是增強(qiáng)辣根過氧化物酶內(nèi)部電場并影響催化活性和催化選擇性的關(guān)鍵機(jī)制。該研究明確了微滴（氣溶膠）增強(qiáng)酶活性的機(jī)制，并探討了微滴反應(yīng)器在高靈敏生物分析和高效生物合成的應(yīng)用。
該研究提出的利用微滴界面高電場調(diào)控酶催化的策略，對于模擬酶、單原子催化劑等催化應(yīng)用具有借鑒意義。同時，該研究揭示的微滴調(diào)控酶促反應(yīng)機(jī)制有望在環(huán)境分析應(yīng)用、化學(xué)合成、污染物降解、微滴（氣溶膠）環(huán)境地球化學(xué)過程研究等領(lǐng)域得到應(yīng)用。
相關(guān)研究成果發(fā)表在《美國化學(xué)會志》（JACS）上。研究工作得到國家自然科學(xué)基金委員會、中國科學(xué)院、山東省等的支持。
基于振動斯塔克光譜探測過氧化物酶內(nèi)部電場
