Aptamer‐Modified Homogeneous Catalysts, Heterogenous Nanoparticle Catalysts, and Photocatalysts: Functional “Nucleoapzymes”, “Aptananozymes”, and “Photoaptazymes”

催化作用 光化学 适体 光催化 材料科学 组合化学 光敏剂 光诱导电子转移 电子转移 电子受体 共轭体系 纳米颗粒 血红素 化学 有机化学 纳米技术 血红素 生物 遗传学 聚合物
作者
Yu Ouyang,Michael O’Hagan,Bilha Willner,Itamar Willner
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:36 (10) 被引量:11
标识
DOI:10.1002/adma.202210885
摘要

Abstract Conjugation of aptamers to homogeneous catalysts (“nucleoapzymes”), heterogeneous nanoparticle catalysts (“aptananozymes”), and photocatalysts (“photoaptazymes”) yields superior catalytic/photocatalytic hybrid nanostructures emulating functions of native enzymes and photosystems. The concentration of the substrate in proximity to the catalytic sites (“molarity effect”) or spatial concentration of electron‐acceptor units in spatial proximity to the photosensitizers, by aptamer–ligand complexes, leads to enhanced catalytic/photocatalytic efficacies of the hybrid nanostructures. This is exemplified by sets of “nucleoapzymes” composed of aptamers conjugated to the hemin/G‐quadruplex DNAzymes or metal–ligand complexes as catalysts, catalyzing the oxidation of dopamine to aminochrome, oxygen‐insertion into the Ar─H moiety of tyrosinamide and the subsequent oxidation of the catechol product into aminochrome, or the hydrolysis of esters or ATP. Also, aptananozymes consisting of aptamers conjugated to Cu 2+ ‐ or Ce 4+ ‐ion‐modified C‐dots or polyadenine‐stabilized Au nanoparticles acting as catalysts oxidizing dopamine or operating bioreactor biocatalytic cascades, are demonstrated. In addition, aptamers conjugated to the Ru(II)–tris‐bipyridine photosensitizer or the Zn(II) protoporphyrin IX photosensitizer provide supramolecular photoaptazyme assemblies emulating native photosynthetic reaction centers. Effective photoinduced electron transfer followed by the catalyzed synthesis of NADPH or the evolution of H 2 is demonstrated by the photosystems. Structure–function relationships dictate the catalytic and photocatalytic efficacies of the systems.
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