Bio-inspired nanozyme: a hydratase mimic in a zeolitic imidazolate framework

咪唑酯 沸石咪唑盐骨架 金属有机骨架 化学 材料科学 生化工程 纳米技术 工程类 有机化学 吸附
作者
Jinxing Chen,Liang Huang,Qingqing Wang,Weiwei Wu,He Zhang,Youxing Fang,Shaojun Dong
出处
期刊:Nanoscale [Royal Society of Chemistry]
卷期号:11 (13): 5960-5966 被引量:155
标识
DOI:10.1039/c9nr01093a
摘要

Nanozymes provide comparative advantages over natural enzymes and conventional artificial enzymes for catalytic reactions. However, nanozymes are only suitable for limited types of reactions, whose catalytic principles are not yet fully revealed. Herein, a new nanozyme based on a bionic zeolitic imidazolate framework is proposed. Zeolitic imidazolate framework-8 (ZIF-8) possesses a similar geometric structure to that of the active center of human carbonic anhydrase II (hCAII) and exhibits catalytic performance analogous to that of the hCAII. The less imidazolate coordinated zinc cations on the external surface of ZIF-8 can act as Lewis acid sites, lowering the pKa of Zn-bound H2O molecules from 14 to 8.4, which facilitates the deprotonation of H2O molecules and generation of zinc-bound hydroxide nucleophiles. The esterase-like ZIF-8 nanozyme shows a similar affinity to p-nitrophenyl acetate compared with hCAII. The ZIF-8 nanozyme also promotes CO2 hydration and acetylthiocholine hydrolysis reaction, and a series of ZIFs are also found with intrinsic enzyme-like activities due to similar compositions and spatial structures. These results imply that the bionic nanoparticles can be developed to fabricate a new generation of nanozymes by mimicking the active sites of natural enzymes.
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