A Library of ROS‐Catalytic Metalloenzyme Mimics with Atomic Metal Centers

催化作用 金属 过氧化物酶 活性氧 卤素 基质(水族馆) 分子 材料科学 组合化学 纳米技术 化学 有机化学 生物化学 生物 生态学 烷基
作者
Sujiao Cao,Zhenyang Zhao,Yijuan Zheng,Zihe Wu,Tian Ma,Bihui Zhu,Chengdong Yang,Xi Xiang,Lang Ma,Xianglong Han,Yi Wang,Quanyi Guo,Li Qiu,Chong Cheng
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:34 (16): e2200255-e2200255 被引量:145
标识
DOI:10.1002/adma.202200255
摘要

Abstract MetalN‐coordinated centers supported by carbonaceous substrates have emerged as promising artificial metalloenzymes (AMEs) to mimic the biocatalytic effects of their natural counterparts. However, the synthesis of well‐defined AMEs that contain different atomic metalN centers but present similar physicochemical and coordination structures remains a substantial challenge. Here, 20 different types of AMEs with similar geometries and well‐defined atomic metalN‐coordinated centers are synthesized to compare and disclose the catalytic activities, substrate selectivities, kinetics, and reactive oxygen species (ROS) products. Their oxidase (OXD)‐, peroxidase (POD)‐, and halogen peroxidase (HPO)‐mimetic catalytic behaviors are systematically explored. The Fe‐AME shows the highest OXD‐ and HPO‐mimetic activities compared to the other AMEs due to its high v max (0.927 × 10 −6 m s −1 ) and low K m (1.070 × 10 −3 m ), while the Cu‐AME displays the best POD‐like performance. Furthermore, theoretical calculation reveals that the ROS‐catalytic paths and activities are highly related to the electronic structures of the metal centers. Benefiting from its facile adsorption of H 2 O 2 molecule and lower energy barrier to generating •O 2 − , the Fe‐AME displays higher ROS‐catalytic performances than the Mn‐AME. The engineered AMEs show not only remarkably high ROS‐catalytic performances but also provide new guidance toward developing metalN‐coordinated biocatalysts for broad application fields.
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