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[이인수 교수] Silica Jar-with-Lid as Chemo-Enzymatic Nano-Compartment for Enantioselective Synthesis inside Living Cells

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작성자 최고관리자 댓글 조회 작성일 21-06-30 15:17

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Silica Jar-with-Lid as Chemo-Enzymatic Nano-Compartment for Enantioselective Synthesis inside Living Cells


Seonock KimDr. Nitee KumariJongwon LimDr. Sateesh DubbuDr. Amit KumarProf. In Su Lee

 

세포 내에서 거울상 선택적 합성을 수행하기 위한 합성 촉매와 효소의 기능을 갖는 나노 장치는 보고된 적이 없다. 여기서, 우리는 화학적 반응이 가능한 금속 규산염 뚜껑이 있는 둥근 바닥의 항아리와 같은 실리카 나노구조 (SiJARs)를 합성했다. 이것은 고도로 제어된 실리카 쉘의 아크 부분에서의 고체상 나노 결정 변환 과정 동안의 중간체 구조로 분리된다. 갈바닉 반응을 통해 다양한 귀금속 촉매 (Pt,Pd,Ru)들이 뚜껑 부분에 선택적으로 치환된다. 그리고, 금속 나노 결정과 효소를 수용하는 뚜껑 개방은 온화한 산성 조건 또는 세포 내 환경에 의해 조절되며, 차례로 뚜껑이 열린 나노 반응기를 생성한다. 자유로운 효소와는 달리, SiJAR는 높은 활성과 거울상 선택성 (수율 >99%, 거울상이성질체 과잉율(ee) =95%)으로 비대칭 알돌 반응을 수행했으며 살아있는 세포 내부의 인공 촉매 세포 기관으로도 기능한다. 본 연구는 정교한 나노 결정 변환 화학의 엄청난 잠재력을 연결하고 새로운 자연 촉매 작용을 위한 고급 플랫폼을 설계하였다.

 

Nanodevices, harvesting the power of synthetic catalysts and enzymes to perform enantioselective synthesis inside cell, have never been reported. Here, we synthesized round bottom jar-like silica nanostructures (SiJARs) with a chemo-responsive metal-silicate lid. This was isolated as an intermediate structure during highly controlled solid-state nanocrystal-conversion at the arc-section of silica shell. Different catalytic noble metals (Pt, Pd, Ru) were selectively modified on the lid-section through galvanic reactions. And, lid aperture-opening was regulated by mild acidic conditions or intracellular environment which accommodated the metal nanocrystals and enzymes, and in turn created an open-mouth nanoreactor. Distinct from the free enzymes, SiJARs performed asymmetric aldol reactions with high activity and enantioselectivity (yield >99%, ee = 95%) and also functioned as the artificial catalytic organelles inside living cells. This work bridges the enormous potential of sophisticated nanocrystal-conversion chemistry and advanced platforms for new-to-nature catalysis.

 

https://doi.org/10.1002/anie.202103165

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