非生物胁迫（如温度、光照、营养匮乏、干旱等因素）往往会导致生物大分子酶、细胞器乃至细胞的氧化损伤，从而阻碍叶绿体或线粒体的磷酸化过程、严重影响并降低能量三磷酸腺苷（ATP）的合成和供给。通过超分子组装手段，整合天然的功能基元和人工合成的纳米材料，精妙设计、融合组装构建超分子微反应器，有望缓解非生物胁迫损伤、实现能量的高效转化与储存。

近日，中国科学院化学研究所李峻柏研究团队在前期研究的基础上，整合天然酸性磷酸酶（ACP）、ATP合酶和人工合成的Au纳米团簇，通过纳米结构设计构建了仿线粒体的微反应器。组装在Au纳米团簇上的ACP不仅可以催化底物产生质子流驱动ATP合成酶的旋转催化，同时还可以产生磷酸盐为ATP合成提供反应物，提高磷的可用性，以应对低磷胁迫。Au纳米团簇不仅可以分解过氧化氢，避免活性氧（ROS）的产生，提高组装的微反应器的非生物胁迫的耐受性；同时Au纳米团簇的光热功能，还可以实现等离子体加速的ATP高效合成。这种创新的方法提供了一种有效的途径来增强基于ATP合酶的能量合成体系在面对多重胁迫时的抗应激性和适应性，有望在复杂或恶劣的环境中长期存储和应用。

以抗坏血酸磷酸酯（AAP）为例，ACP催化AAP水解产生质子和磷酸盐，在脂蛋白体内外形成了质子浓度梯度势，进而驱动生物分子马达ATP合酶催化合成ATP。作者进一步将这一策略推广到其他磷酸盐（例如焦磷酸盐（P₂）、三聚磷酸盐（P₃）、多聚磷酸盐（P_n）），发现磷脂酶同样可以催化这些磷酸盐水解产生质子，驱动生物分子马达ATP合酶催化合成ATP。

作者研究了微反应器在低磷和光照条件下的ATP合成效果。研究发现Au纳米团簇展现出优良的光热效应，温度的提升进一步加速了ACP的催化反应速率，提高了质子的产生，有效增强了ATP的合成。更重要的是，ACP催化水解释放的磷酸离子显著缓解了低磷胁迫对ATP合成的影响，在光照和低磷胁迫条件下实现了生物能量分子ATP的高效合成。