在需氧生物体中，有氧呼吸过程中会产生活性氧(ROS)，例如氢氧化物(OH)、单线态氧(1O2)、过氧化氢(H2O2)和超氧化物(O2–)离子，这对体内的生物分子造成严重的氧化损伤。因此，去除ROS，尤其是O2–是最重要的，因为它会与H+反应产生其他有毒ROS种类，如H2O2和OH。
这是通过称为超氧化物歧化酶(SOD)的金属酶实现的。这些酶在其活性中心具有金属离子(如Ni、Fe、Mn、Cu和Zn)，可催化O2分解为H2O2和O2。在这方面，低分子量的Cu(II)配合物作为具有高SOD活性的功能性SOD模型已经变得很重要。然而，它们受到释放Cu(II)后对生物分子产生毒性的倾向的限制。
在最近的一项研究中，由东京理科大学(TUS)化学系助理教授DaisukeNakane和教授TakashiroAkitsu领导的一组研究人员开发了一种具有增强ROS活性的新型金属-蛋白质杂化复合物。他们将水解酶溶菌酶与SOD活性Cu(II)复合物偶联，形成杂化溶菌酶CuST@lysozyme，显示出良好的SOD活性但生物毒性低。
“我们研究了由溶菌酶和功能性SOD模拟Cu(II)复合物组成的混合蛋白的形成。我们选择溶菌酶是因为它的稳定性和结晶度。我们推测由此产生的SOD模拟混合蛋白将提高生物相容性和稳定性功能性SOD模型Cu(II)复合物的研究，”Nakane博士解释说，这是他们研究背后的基本原理。该研究发表在《科学报告》上。
由TUS助理教授KenichiKitanishi、南方联邦大学ArshakTsaturyan博士和茨城大学MasakiUnno教授等组成的研究团队通过详细的晶体学和光谱分析，证实了杂化蛋白CuST@的形成。溶菌酶，并阐明其结构。
他们报告说，溶菌酶的His15咪唑基团在赤道位置与CuST的Cu(II)中心结合，而CuST单元通过几个弱配位键和氢键轴向固定。此外，他们还建议O2–可以配位到Cu(II)中心。通过测定，研究人员确定了具有生物相容性的CuST@lysozyme杂化蛋白复合物具有高SOD活性和稳定性。
基于他们的光谱和量子计算，该团队提出了O2的五步机制——复合物的歧化。这些步骤是(1)Cu(II)静息态，(2)O2–结合Cu(II)态，(3)羧酸配体质子化后的Cu(I)静息态，(4)O2–-相互作用的Cu(I)态，和(5)H2O2相互作用的Cu(II)态。
他们进一步表明，可以通过使用后过渡金属配合物结合溶菌酶来抑制配体解离，通过使用具有氢键部分的配体增加配合物与溶菌酶之间的相互作用，以及引入酸性官能团来提高复合物的稳定性。对抗溶菌酶的碱性侧链。
该研究引入了一类新的SOD活性杂化蛋白复合物，它们具有生物相容性，并且在模拟复合物分解后不会与体液发生副反应。“我们从战略上提高了金属-溶菌酶复合材料的稳定性，特别是在血浆和胞质溶胶等生物体液中的稳定性。这应该为更深入地讨论它们的治疗应用铺平道路，”Akitsu教授总结道。