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化學化工學院白玉罡教授課題組的相關研究成果發表在Journal of the American Chemical Society（JACS）雜志上，并被選為封面文章。

可以在細胞內工作的金屬催化劑有著巨大的應用潛力，而高分子仿酶催化劑是其中的一種類型。這種人工合成的金屬催化體系能擴大生物正交化學的適用范圍，可以在細胞內完成一些天然生化過程中不存在的化學反應。

近日，湖南大學化學化工學院白玉罡教授課題組報道了一種嵌膜大分子仿酶催化劑（Membrane-embedded catalyst, MEC），它不但可以穩定在細胞膜上實現催化轉化，而且在活細胞體系中工作時仍然可以顯示出底物選擇性。相關成果以“A Membrane-Embedded Macromolecular Catalyst with Substrate Selectivity in Live Cells”為題，發表在《美國化學會志》（Journal of the American Chemical Society, JACS）雜志上，并被選為封面文章。

在本項工作中，白玉罡教授課題組證明了這種“嵌膜”催化系統所具有的切實優勢。

他們先是證明了該高分子仿酶催化體系可以穩定地“嵌入”到細胞膜上，在細胞膜上實現催化轉化；并且，該高分子仿酶催化體系具有對反應原料（即“底物”）的選擇性。當該催化體系在活細胞細胞膜上工作時，其底物選擇性仍可保留，這是仿酶催化劑領域的一大突破。

他們還證明了細胞外的底物分子可以直接在細胞膜上被“嵌膜”催化劑轉化為產物分子，并被遞送到細胞內，這樣就實現了細胞內外物質的高效交換。

嵌在細胞膜上的催化劑的工作示意圖。右側的3D圖展示了該催化劑的催化特性：底物與催化劑的庫倫親和力或疏水親和力越強，催化效果越好。

為了展示“膜嵌入”式催化劑的應用前景，該課題組還展示了利用這種催化劑實現功能分子的按需合成與跨膜遞送的例子。在一個例子中，“嵌膜”催化劑在膜上將陰離子修飾的前藥分子轉化為了活性藥物分子。由此，只要將催化劑“嵌入”到目標細胞之上，本來沒有進入細胞的能力的藥物就只會在目標細胞中生成，起到精確“制導”藥物的目的。

在另外一個例子中，作者們展示了一組藥效低、難進入細胞的生物活性分子。在“嵌膜”催化劑的存在下，這兩種分子直接在細胞膜上的催化劑內部被轉化為效果更好的功能嵌合產物，該產物經由嵌在膜上的催化劑內部直接進入細胞內，產生更好的效果。

綜上所述，該工作為催化劑設計、前藥設計、胞內遞送等提供了新的策略與方法。由于該工作在分子設計和催化效果上的突破，被《JACS》選為封面論文。

白玉罡教授為論文主通訊作者，湖南大學為通訊單位。化學化工學院碩士研究生鄧穎姣為論文第一作者，博士生吳彤在工作中也做出了重要貢獻，為論文的共同通訊作者和共同第一作者。該工作得到了國家自然科學基金項目的支持。

白玉罡教授課題組近年來還發展了基于人工金屬酶和球形核酸的胞內催化系統，在抗菌高分子、抗病毒高分子的研發上也有重要突破，多項工作被國際一流學術雜志選為封面、封底文章。

白玉罡課題組在2022年見刊的其他2篇封面/封底文章，左為中國化學會旗艦刊物《CCS Chemistry》封面，右為英國皇家化學會旗艦刊物《Chemical Science》封底。

《美國化學會志》（Journal of the American Chemical Society, JACS），是美國化學學會（ACS）發行的學術期刊，也是該出版社的旗艦刊物，于1879年創刊至今。該期刊涉及化學領域的所有內容。