生物体内生物分子马达合成三磷酸腺苷（ATP）的效率，决定了细胞分裂、增殖和凋亡等系列生物活动。ATP是可被细胞直接利用的能量货币，通常情况下，能经过叶绿体与线粒体上生物分子马达ATP合酶，在跨膜质子梯度势驱动下催化获得。利用分子组装技术，构建类细胞功能组装体，模拟或调控ATP合成和消耗是化学、材料与生命科学交叉研究前沿的热点。
在国家自然科学基金委和中国科学院的支持下，化学所胶体、界面与化学热力学院重点实验室李峻柏研究团队在生物分子马达ATP合酶的可控组装与功能调控研究方面取得了一系列原创性和系统性研究成果（Nat. Rev. Chem. 2019, 3, 361-374），引领了国际相关领域的研究。在前期的研究探索中，该课题组成功地通过组装技术，有效地模拟叶绿体和线粒体的结构与功能，实现了ATP合酶进行能量ATP合成的功能增强 (Angew. Chem. Int. Ed. 2017, 56, 12903; 2018, 57, 6532; 2019, 58, 796; 2019, 58, 1110; 2019, 58, 5572）。
最近，该研究团队通过分子组装技术构建类细胞结构，利用硼酸与多元醇之间的化学反应生成环状硼酸酯释放质子，在膜内外建立质子梯度势，进而驱动生物分子马达ATP合酶转动催化合成ATP。研究发现，多元醇分子结构能够影响质子产生动力学，进而控制ATP产生速率。他们所构建的复合组装体系能同时进行级联反应和酶催化反应，实现了硼酸分子作为化学燃料驱动生物分子马达ATP合酶的能量合成，为开发无核细胞的能量合成提供了新思路。相关研究成果发表在近期的Angew. Chem. Int. Ed. 2021, 60, 7617-7620，并被选为Hot Paper。本文第一作者是博士研究生胥夏，通讯作者是李峻柏研究员和费进波副研究员。
图1 化学-酶催化级联驱动生物能量合成
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