Single amino acid bionanozyme for environmental remediation

漆酶 可重用性 环境修复 氨基酸 催化效率 纳米技术 生化工程 纳米材料 化学 蛋白质工程 生物催化 组合化学 催化作用 计算机科学 材料科学 生物化学 离子液体 污染 生物 工程类 生态学 软件 程序设计语言
作者
Pandeeswar Makam,Sharma Yamijala,Linda J. W. Shimon,Bryan M. Wong,Ehud Gazit
出处
期刊:Research Square - Research Square 被引量:3
标识
DOI:10.21203/rs.3.rs-61912/v1
摘要

Abstract Enzymes are extremely complex catalytic structures with immense biological and technological importance. Nevertheless, their widespread environmental implementation faces several challenges, including high production costs, low operational stability, and intricate recovery and reusability. Therefore, the de novo design of minimalistic biomolecular nanomaterials that can efficiently mimic the biocatalytic function (bionanozyme) and overcome the limitations of natural enzymes is a key goal in biomolecular engineering. Here, we report an exceptionally simple yet highly active and robust single amino acid bionanozyme that can catalyze the rapid oxidation of environmentally toxic phenolic contaminates and serves as an ultrasensitive tool to detect biologically important neurotransmitters, similar to the laccase enzyme. While inspired by the laccase catalytic site, the substantially simpler copper-coordinated bionanozyme is ∼5400-fold more cost-effective, 10-fold more efficient, and 36-fold more sensitive compared to the natural protein. Furthermore, the designed mimic is stable under extreme conditions (pH, ionic strength, temperature, storage time), markedly reusable for several cycles and display broad substrate specificity. These findings hold great promise in the development of efficient bionanozyme for analytical chemistry, environmental protection, and biotechnology.
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