Non-proteinaceous hydrolase comprised of a phenylalanine metallo-supramolecular amyloid-like structure

超分子化学 化学 合理设计 催化作用 水解酶 碳酸酐酶 生物化学 组合化学 立体化学 分子 纳米技术 有机化学 材料科学
作者
Pandeeswar Makam,Sharma S. R. K. C. Yamijala,Kai Tao,Linda J. W. Shimon,David Eisenberg,M.R. Sawaya,Bryan M. Wong,Ehud Gazit
出处
期刊:Nature Catalysis [Nature Portfolio]
卷期号:2 (11): 977-985 被引量:196
标识
DOI:10.1038/s41929-019-0348-x
摘要

Enzymatic activity is crucial for various technological applications, yet the complex structures and limited stability of enzymes often hinder their use. Hence, de novo design of robust biocatalysts that are much simpler than their natural counterparts and possess enhanced catalytic activity has long been a goal in biotechnology. Here, we present evidence for the ability of a single amino acid to self-assemble into a potent and stable catalytic structural entity. Spontaneously, phenylalanine (F) molecules coordinate with zinc ions to form a robust, layered, supramolecular amyloid-like ordered architecture (F-Zn(ii)) and exhibit remarkable carbonic anhydrase-like catalytic activity. Notably, amongst the reported artificial biomolecular hydrolases, F-Zn(ii) displays the lowest molecular mass and highest catalytic efficiency, in addition to reusability, thermal stability, substrate specificity, stereoselectivity and rapid catalytic CO2 hydration ability. Thus, this report provides a rational path towards future de novo design of minimalistic biocatalysts for biotechnological and industrial applications.
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