北理工在單原子納米酶理性設計方面獲得重要進展


5月6日, Nature Catalysis期刊發表了題為"Matching the kinetics of native enzymes with a single-atom iron nanozyme"的研究文章。文中設計了一種以FeN3P為中心的單原子納米酶(FeN3P-SAzyme),它通過磷和氮的精確配位來控制單原子鐵活性中心的電子結構,表現出類似于天然酶的催化活性和動力學。特別是,設計的FeN3P-SAzyme具有可調控的幾何結構和電子結構,表現出與酶的催化動力學相類似的催化性能。作者用密度泛函理論計算解釋了該單原子納米酶類酶活性與底物特異性的起源。最后,作者證明了開發的FeN3P-SAzyme所具有的優越類酶活性,可作為抑制腫瘤細胞生長的有效治療策略。

自20世紀50年代以來,人工酶的活性遠低于天然酶,這是一個長期困擾生物、化學等科學家的重要科學問題。設計和開發具有優異催化性能的人工酶一直是科技工作者們共同追求的重要目標。單原子納米酶由于具有可設計規劃的幾何結構和電子配位,其可以在原子水平上有效地模擬天然酶的金屬活性中心,是替代天然酶最具潛力的候選者之一,也為開發具有天然酶催化性能的人工酶開辟了一條新途徑。

文章的通訊作者是北京理工大學梁敏敏教授、清華大學王定勝副教授、中國科學院生物物理所研究所閻錫蘊院士、清華大學李亞棟院士,第一作者是清華大學化學系博士后冀淑方、北京理工大學材料學院博士后蔣冰、內蒙古大學化學化工學院副教授郝海剛、清華大學化學系博士生陳遠均。本研究得到了科技部重點研發計劃、國家自然科學基金和北京市科委項目等支持。

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單原子納米酶理性設計模擬天然酶

文章信息:

Ji, S., Jiang, B., Hao, H. et al. Matching the kinetics of natural enzymes with a single-atom iron nanozyme. Nat Catal (2021). https://doi.org/10.1038/s41929-021-00609-x


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