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，能够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，中科院化学研究所胶体、界面与化学热力学院重点实验室研究员李峻柏团队在生物分子马达ATP合酶的可控组装与功能调控研究中取得了一系列研究成果（Nat. Rev. Chem. 2019, 3, 361-374）。在前期研究中，课题组通过组装技术，有效模拟了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）。
近期，该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。研究人员构建的复合组装体系能够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Angew. Chem. Int. Ed. 2021, 60, 7617-7620上，并被选为Hot Paper。化学所博士研究生胥夏为论文第一作者，李峻柏和副研究员费进波为论文的通讯作者。
化学-酶催化级联驱动生物能量合成
研究团队单位：化学研究所