Matching the kinetics of natural enzymes with a single-atom iron nanozyme

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作者
Shufang Ji,Bing Jiang,Haigang Hao,Yuanjun Chen,Juncai Dong,Yu Mao,Zedong Zhang,Rui Gao,Wenxing Chen,Ruofei Zhang,Qian Liang,Haijing Li,Shuhu Liu,Yu Wang,Qinghua Zhang,Lin Gu,Delin Duan,Minmin Liang,Dingsheng Wang,Xiyun Yan,Yadong Li
出处
期刊:Nature Catalysis [Springer Nature]
卷期号:4 (5): 407-417 被引量:536
标识
DOI:10.1038/s41929-021-00609-x
摘要

Developing artificial enzymes with the excellent catalytic performance of natural enzymes has been a long-standing goal for chemists. Single-atom catalysts with well-defined atomic structure and electronic coordination environments can effectively mimic natural enzymes. Here, we report an engineered FeN3P-centred single-atom nanozyme (FeN3P-SAzyme) that exhibits comparable peroxidase-like catalytic activity and kinetics to natural enzymes, by controlling the electronic structure of the single-atom iron active centre through the precise coordination of phosphorus and nitrogen. In particular, the engineered FeN3P-SAzyme, with well-defined geometric and electronic structures, displays catalytic performance that is consistent with Michaelis–Menten kinetics. We rationalize the origin of the high enzyme-like activity using density functional theory calculations. Finally, we demonstrate that the developed FeN3P-SAzyme with superior peroxidase-like activity can be used as an effective therapeutic strategy for inhibiting tumour cell growth in vitro and in vivo. Therefore, SAzymes show promising potential for developing artificial enzymes that have the catalytic kinetics of natural enzymes.
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