酶是一类具有高效催化能力的生物大分子,被广泛应用于生物医药、食品卫生、化学工程等领域。但是天然酶的应用仍存在很多限制,如生产成本高、稳定性差、储存困难等,因此许多研究人员致力于开发性能优良的模拟酶。随着超分子化学、主-客体化学等新理论的提出,加速了模拟酶体系的发展,超分子酶模拟酶这一新的研究领域被广泛关注。卟啉类模拟酶是一类传统的模拟酶,广泛应用于光动力治疗、仿生催化等领域,其中金属卟啉因其稳定的大共轭结构以及可变的金属价态被赋予了氧化还原的能力,可以模拟生物酶的催化能力;同时因金属卟啉在可见光区的强吸光系数以及优良的光致电子传递能力而作为一类优秀的光敏剂应用在光动力治疗中。但是金属卟啉在应用时仍存在两个问题,一个是金属卟啉的强疏水性使其不能溶解于水相中,另一个是在光照下极易发生光降解,从而限制了其广泛的应用。因此解决限制金属卟啉广泛应用的问题是十分重要的,在本文中我们利用超分子化学理论,以伴侣素GroEL为蛋白骨架,以四苯基卟啉锌（Zn TPP）为催化客体,通过疏水相互作用构建了GroEL-Zn TPP超分子酶。通过引入水溶性蛋白GroEL,增强了Zn TPP水溶性的同时提高了Zn TPP的光稳定性,解决了限制金属卟啉应用的问题;与此同时伴侣素GroEL既可以为Zn TPP提供稳定存在的微环境,又可以通过与Zn2+的轴向配位作用保证其高效的氧化还原能力,从而使得GroEL-Zn TPP超分子酶具备了含锌金属酶的催化活性。同时不同的蛋白骨架构建的超分子酶可能具有不同的物理化学性质,为了探究不同的蛋白骨架构建的超分子酶的性能差异,我们利用GroEL的单环突变体Single Ring of GroEL（SR1）构建了SR1-Zn TPP超分子酶,评价了GroEL-Zn TPP超分子酶与SR1-Zn TPP超分子酶的性能差异。本课题的主要研究内容如下:1)利用表面活性剂透析法使伴侣素GroEL（SR1）与Zn TPP通过疏水相互作用结合,构建了GroEL（SR1）-Zn TPP超分子酶,通过紫外分光光度计、荧光光谱仪、纳米粒度分析仪等手段表征了GroEL（SR1）-Zn TPP超分子酶的紫外可见吸收光谱、荧光发射光谱以及粒径分布等基本性质。实验结果表明所制备的人工酶表现出新的物理性质,如紫外可见吸收光谱发生红移、荧光发射光谱发生红移且出现了新的发射峰,且构建的超分子酶的粒径大小表现为蛋白骨架的粒径大小。2)探究了人工酶的光化学性质,主要包括封装在GroEL（SR1）中Zn TPP的光稳定性、电子转移能力、单线态氧产量等。结果表明封装在蛋白骨架中Zn TPP的光稳定性明显增强,光保护效率可达80-90%,蛋白骨架的加入使得具有强疏水性的Zn TPP可以直接存在于水相环境中,极大的增强了Zn TPP的水溶性;同时还具有良好的电子转移能力以及高单线态氧产量,又具有良好的生物相容性、可降解等优点,符合优良的光敏剂的要求,有望应用于光动力治疗中。同时GroEL（SR1）构建的人工酶表现不同,SR1-Zn TPP超分子酶表现出了优于GroEL-Zn TPP超分子酶的光化学能力。3)探究了GroEL（SR1）-Zn TPP超分子酶作为碳酸酐酶模拟酶捕获CO2的能力。碳酸酐酶是一类广泛分布的含锌金属酶,可以高效可逆的催化CO2生成碳酸氢根和氢离子,其催化活性中心的结构是三个赖氨酸残基与Zn2+配位构成的畸形四边体,这一结构与Zn TPP的结构类似,同时GroEL为Zn2+提供完成催化反应所需的微环境,因此我们预期构建的GroEL（SR1）-Zn TPP超分子酶具备碳酸酐酶的催化能力。实验内容主要包括了人工酶的酶活力测定、捕获CO2能力评价、酶促碳酸钙沉淀实验,结果表明所构建的人工酶具备碳酸酐酶的酶活性,可以完成催化CO2生成碳酸氢根和氢离子的过程,特别是在60℃的高温下表现出了优于天然酶的催化活性,在酶促碳酸钙沉淀实验中人工酶同样表现出了良好的催化能力。另外分别以GroEL和SR1为蛋白骨架构建的人工酶也表现出了不同的催化能力,其中SR1-Zn TPP超分子酶的表观催化能力优于GroEL-Zn TPP,这一实验结果表明了我们构建的人工酶有望应用于CO2的捕获和封存过程中。