Single‐Atom Enzymes: From Evolutionary Insights, Precision Engineering to Breakthroughs in Biomedical Applications

纳米技术 生物医学 合理设计 脱氧核酶 生化工程 分子机器 计算机科学 材料科学 化学 生物 工程类 生物信息学 DNA 生物化学
作者
Ye Xu,Chuhuang Dong,Xueliang Liu,Dali Wei,Zhejie Chen,Huayuan Zhou,Jiabei Li,Yu Yang,Weihong Tan
出处
期刊:Small [Wiley]
卷期号:21 (37): e05750-e05750 被引量:3
标识
DOI:10.1002/smll.202505750
摘要

Abstract Single‐atom enzymes (SAEs), integrating the catalytic efficiency of single‐atom catalysts with enzymatic functions, represent a paradigm shift in biomedicine. Comprising natural enzymes, mimic enzymes, and single‐atom nanozymes, SAEs leverage isolated metal atoms as catalytic centers. Natural enzymes, evolved over billions of years, feature monoatomic active sites for precise biocatalysis under physiological conditions. Mimic enzymes (e.g., DNAzymes) represent a biomimetic adaptation, replicating natural active sites via programmable molecular scaffolds to enhance stability while inheriting an evolutionary bias that prioritizes structural robustness over catalytic diversity, limiting multifunctionality. In contrast, nanozymes embody an evolutionary leap: they sacrifice partial biocompatibility to achieve multienzyme‐mimicking capabilities and scalable production through inorganic nanomaterial engineering, thereby expanding the catalytic landscape beyond biological boundaries, though this advancement introduces concomitant immunogenicity challenges. This review systematically examines cutting‐edge advances in SAE applications across biomedical domains including biosensing, oncotherapy, antimicrobial strategies, and oxidative stress management. This review particularly presents a critical analysis of current challenges and emerging opportunities, proposing rational design principles for next‐generation SAEs with enhanced multifunctionality. By elucidating fundamental design strategies and translational potential, this work aims to accelerate the development of precision catalytic platforms for modern biomedicine.
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