Metal-ligand dual-site single-atom nanozyme mimicking urate oxidase with high substrates specificity

化学 配体(生物化学) 催化作用 选择性 活动站点 基质(水族馆) 结合位点 金属 立体化学 生物化学 有机化学 生物 生态学 受体
作者
Kaiyuan Wang,Qing Hong,Caixia Zhu,Yuan Xu,Wang Li,Ying Wang,Wenhao Chen,Xiang Gu,Xinghua Chen,Yanfeng Fang,Yanfei Shen,Songqin Liu,Yuanjian Zhang
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
卷期号:15 (1) 被引量:31
标识
DOI:10.1038/s41467-024-50123-4
摘要

Abstract In nature, coenzyme-independent oxidases have evolved in selective catalysis using isolated substrate-binding pockets. Single-atom nanozymes (SAzymes), an emerging type of non-protein artificial enzymes, are promising to simulate enzyme active centers, but owing to the lack of recognition sites, realizing substrate specificity is a formidable task. Here we report a metal-ligand dual-site SAzyme (Ni-DAB) that exhibited selectivity in uric acid (UA) oxidation. Ni-DAB mimics the dual-site catalytic mechanism of urate oxidase, in which the Ni metal center and the C atom in the ligand serve as the specific UA and O 2 binding sites, respectively, characterized by synchrotron soft X-ray absorption spectroscopy, in situ near ambient pressure X-ray photoelectron spectroscopy, and isotope labeling. The theoretical calculations reveal the high catalytic specificity is derived from not only the delicate interaction between UA and the Ni center but also the complementary oxygen reduction at the beta C site in the ligand. As a potential application, a Ni-DAB-based biofuel cell using human urine is constructed. This work unlocks an approach of enzyme-like isolated dual sites in boosting the selectivity of non-protein artificial enzymes.
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