酶-光偶联催化系统（EPCSs）将天然酶与半导体光{attr}3206{/attr}库相结合，可以打破自然进化的限制，实现酶的可持续太阳能化学转化和非自然反应活性。通常，EPCS由许多元素组成，如酶、光催化剂、辅因子、反应物和产物，这些元素基本可分为三个模块：辅因子再生模块、辅因子利用模块和辅因子穿梭模块。这三个模块共同控制EPCS的整体效率。EPCSs的整体效率强烈依赖于携带能量的辅因子在酶和光催化剂活性中心之间的穿梭。然而，对提高辅因子NAD+/NADH穿梭效率的研究非常少。有鉴于此，天津大学姜忠义课题组提出了一种构建类囊体膜激发的胶囊（TMC）策略，该胶囊具有强化和调节辅因子NAD+/NADH穿梭的功能，以促进酶-光偶联催化过程。在该研究构建的TMC中，酶和光催化剂分别固定在膜的外表面和内表面。然后，NAD+/NADH辅因子可以被限制在膜中，并在酶和光催化剂的活性中心之间快速穿梭，从而提高整体催化效率。
图片来源：J. Am. Chem. Soc.
随后，制备CdS量子点沉淀p-TiO2膜（CdS@p-TiO2）作为对照，研究TMC中Rh*固定化对NADH再生活性的影响。TMC的NAD+/NADH表观和内在穿梭数分别显著增加至17.1和46.5，是CdS@p-TiO2的∼8和∼12倍。
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为了验证该系统的高效性，将所构建的TMC用于丙醛转化为丙醇的催化反应。TMC的周转频率（TOF）为38000±365 h−1，太阳能化学效率（STC）为0.69±0.12%，与非整合型EPCS相比较至少提高了6倍。
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总之，此项研究以强化辅因子穿梭效率的角度，提供了一种创新的策略来实现反应−扩散过程的协同作用，从而赋予EPCSs或其他相关级联系统更高的工作效率。
参考文献：Thylakoid Membrane-Inspired Capsules with Fortified Cofactor Shuttling for Enzyme-Photocoupled Catalysis
J. Am. Chem. Soc.
DOI: 10.1021/jacs.1c12790
原文作者：Yiying Sun, Jiafu Shi,* Zhuo Wang, Han Wang, Shaohua Zhang, Yizhou Wu, Hongjian Wang, Shihao Li, and Zhongyi Jiang*
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