單原子納米酶設計及應用研究獲進展

近日，《德國應用化學》（Angewandte Chemie International Edition）雜誌在線發表了單原子納米酶仿生設計的最新研究成果。這項工作有助於理解納米酶的催化機理，並促進納米酶在生物催化領域的發展。

自從2007年Fe3O4納米材料蘊含酶學特性（Nature Nanotechnology，2007）被報道以來，納米酶新概念已經被同行廣泛接受。目前已有超過40種元素的130多種納米酶被報道。然而，如何學習天然酶活性中心的結構特徵，來指導設計新型高活性納米酶，一直是納米酶領域研究的重要問題。

天然過氧化物酶的活性中心為鐵卟啉結構，有研究表明，過氧化物酶的鐵卟啉可以替換為Zn卟啉，從而獲得更高的催化活性。受此研究啟發，研究人員仿照天然過氧化物酶，利用金屬有機框架（MOF）材料ZIF-8為前驅體，通過介孔硅保護策略，設計合成了一種含有Zn卟啉結構的高活性單原子納米酶。經一系列試驗證實，Zn卟啉結構中的單原子Zn是其類酶活性的關鍵。通過理論計算，揭示其活性結構為類Zn卟啉的不飽和Zn-N4結構，並且該單原子納米酶是通過促進H2O2均裂產生羥基自由基來發揮類過氧化物酶活性。在體外抗菌實驗中，該單原子納米酶實現了高達99.85%的抑菌率，同時，能夠在低濃度H2O2情況下有效促進小鼠傷口感染模型中傷口的癒合。

該研究由中國科學院生物物理研究所閻錫蘊課題組與北京化工大學劉惠玉課題組合作完成。其中，生物物理所研究員閻錫蘊、副研究員范克龍和北京化工大學教授劉惠玉為該論文的共同通訊作者。此外，國家納米中心研究員施興華團隊、揚州大學教授高利增團隊均對該工作做出了重要貢獻。該研究獲得國家自然科學基金、中科院先導項目、中科院前沿重點項目、青年人才托舉工程等的資助。

ZIF-8衍生的Zn單原子納米酶用於傷口抗菌示意圖

來源：中國科學院生物物理研究所

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