人工酵素

人工酵素は、合成酵素またはシンザイムとも呼ばれ、天然酵素の1つ以上の機能を再現する合成有機分子またはイオンです。これらの分子は、天然酵素と同等の速度と選択性で触媒作用を実現することを目的としています。 ^[¹^]^[²^]ナノザイムは人工酵素のサブタイプですが、ナノ材料のグループに分類されます。

現在の合成酵素は、特定の種類の反応を触媒するように設計された有機分子を主成分としている。酵素と同様に、活性部位で基質の遷移状態に結合し、酵素と同様に、一般的にミカエリス・メンテン速度論に従う。

歴史

天然酵素は、高い選択性と効率で化学反応を触媒します。触媒作用は酵素の活性部位で起こり、基質が官能基の近くに結合することで近接効果が生じます。人工酵素は、基質結合部位（シクロデキストリン、クラウンエーテル、カリックスアレンなど）と触媒基を小分子で組み合わせることで、これを模倣します。^{[ 1 ]}^{[ 2 ]}

進歩には、アミノ酸やペプチドに基づく人工酵素、例えばヘモシアニン、チロシナーゼ、カテコールオキシダーゼなどの金属タンパク質を模倣した足場ヒスチジン残基などが含まれる。^[³^] Rosettaなどのツールを使用した計算設計により、人工酵素のde novo作成が可能になった。^[⁴^] 2014年には、非天然分子から酵素が作成された。^[⁵^] 2016年の書籍の章では、人工酵素の将来の方向性について議論されている。^[⁶^]

例

[Ru(NH ₃ ) ₅ ] ^3+がミオグロビンタンパク質中の特定のヒスチジン残基に結合すると、ミオグロビンはもはや受動的な酸素運搬体ではなくなり、酸化酵素としての酵素活性を獲得する。アスコルビン酸は分子状酸素によって酸化される。

シクロデキストリンは、外側が親水性で内側が疎水性のキャップ構造を持つ。ピリドキサールが内側に固定されると、シクロデキストリンはトランスアミナーゼ活性を示す。

ナノザイム

ナノザイムは、酵素のような特性を示すナノ材料であり、 ^{[ 7 ]}^{[ 8 ]} 2004 年に初めて提唱されました。^{[ 9 ]}バイオセンシング、バイオイメージング、腫瘍治療、および防汚に応用されています。^{[ 10 ]}^{[ 11 ]}天然酵素とは異なり、ナノザイムは安定性、多機能性、およびスケーラビリティを提供します。^{[ 7 ]}

開発と主要なマイルストーン

1990年代の初期の発見には、スーパーオキシドジスムターゼ（SOD）を模倣するフラーレン誘導体が含まれていた。 ^[¹²^] 2000年代には「ナノザイム」という用語が正式に確立され、ナノセリアによる網膜変性の予防^[¹³^]や、免疫測定法のための強磁性ナノ粒子におけるペルオキシダーゼ様活性^[¹⁴^]など、応用が拡大した。

2010年代には、比色分析法^{[ 15 ]} 、腫瘍可視化^{[ 16 ]}、および防汚法^{[ 17 ]}など、数多くのレビューとアプリケーションが登場しました。進歩をまとめた重要な書籍やレビューも登場しました^{[ 18 ]}^{[ 10 ] 。}

^{2020年代には、ナノザイムは敗血症}^{[ 19 ]}や腫瘍治療[20]のための単原子ナノザイムなどの治療用途で進歩しました。^データに基づく発見^[²¹^]や機械学習による発見^{[ 22 ]など}^の戦略、パーキンソン病、炎症性腸疾患、脳卒中、外傷性脳損傷などの疾患の治療への応用が報告されています。^{[ 23 ]}^{[ 24 ]}^{[ 25 ]}ナノザイムは、2022年にIUPACの化学におけるトップ10新興技術の1つとして認められました。^{[ 26 ]}ナノザイムは、2025年夏のダボス会議のトップ10新興技術の1つです。^{[ 27 ]}ナノザイムというタイトルのモノグラフが中国語で出版されました（《纳米酶》）。^{[ 28 ]}ナノザイム強化インプラントが開発されました。^{[ 29 ]}^{[ 30 ]}

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[28] "《纳米酶》中文专著出版预告！邀您共赴开卷之约"。

[29] ttps://www.nature.com/articles/s41467-026-74063-3

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2020年代には、ナノザイムは敗血症

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データ

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人工酵素

歴史

例

ナノザイム

開発と主要なマイルストーン

関連項目

参考文献

参考文献

関連するトピック

酵素

有機分子

イオン

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