酶是生命活动中具有催化功能的蛋白质。由于多酶协同作用在生命过程与生命活动中的重要性,多酶协同催化成为酶催化领域中极富挑战性和创新性的研究课题。本论文立足于双酶体系,以仿生学为导向,对一些重要的双酶体系进行抗氧化、自修复以及微马达等方面的设计、构建及应用研究。具体研究结果如下：1)双酶抗氧化体系：以铁蛋白和卟啉为构筑基元,设计构建具有谷胱甘肽过氧化物酶(GPx)和超氧化物歧化酶(SOD)活力的双酶模拟物。首先通过计算机模拟设计了GPx的催化中心,再利用基因工程方法将硒代半胱氨酸(Sec)精确地引入铁蛋白中,得到的含硒铁蛋白单体经自组装可形成具有多催化位点的GPx模拟物Se-Fn。然后利用化学合成手段制备的具有良好水溶性并带有醛基的SOD模拟物：[Mn-THPP-(PEG2000-BA)4],通过醛基和Se-Fn的赖氨酸残基(Lys)上氨基之间的共价相互作用,使其交联形成具有双酶活力的单分散性微凝胶纳米酶模型,并最终证明了该酶模型在亚细胞水平上具备较好的协同抗氧化能力。2)双酶自修复体系：在以动态亚胺键交联牛血清白蛋白和戊二醛形成的蛋白凝胶中,借助动态亚胺键的酸刺激响应性,向体系中引入葡萄糖氧化酶(GOx)和过氧化氢酶(CAT)协同调控pH变化,构建双酶自修复体系。其中葡萄糖氧化酶能催化氧化葡萄糖(Glu)生成葡萄酸内酯和H2O2。产物H2O2可被过氧化氢酶(CAT)酶迅速清除,产生H2O和02,避免了H2O2对体系亚胺键结构的破坏。而另一个产物葡萄酸内酯则进一步水解生成葡萄糖酸,降低体系的pH,促进亚胺键的形成。因此,通过向凝胶中加入葡萄糖,利用GOx与CAT双酶协同催化作用,可改变体系pH,从而调控牛血清白蛋白和戊二醛之间交联,实现体系的自修复。3)双酶微马达体系：利用GOx与CAT双酶催化产生气体的反向推动原理,设计构建了微马达体系。我们以硅胶为载体,在硅胶表面修饰过氧化氢酶(CAT),然后置于葡萄糖氧化酶和葡萄糖共存的体系中。由于葡萄糖氧化酶氧化葡萄糖产生H202,过氧化氢酶分解H2O2放出氧气为动力,推动微马达运动。由于微马达表面结构的不对称性,使得该体系存在不同的运动方式,即直线运动和旋转运动。该体系的构建为其在微纳物体运输和生物传感等领域的应用提供了新的思路。