Cơ chế xúc tác của Hemin tương tự cơ chế xúc tác của enzyme HRP. Tâm sắt là tác nhân xúc tác chính với sự hiện diện của H2O2. Bước đầu tiên trong quá trình xúc tác là sự tương tác giữa tâm sắt của Hemin với H2O2, sau đó một phân tử nước được giải phóng với hai điện tử oxy hóa của heme sắt hình thành hợp chất có trạng thái oxy hóa cao Fe (IV+). Sau đó, hợp chất Fe (IV+) nhận điện tử từ vòng polymer để trở về trạng thái nghỉ ban đầu và bắt đầu chuỗi xúc tác mới. Việc giảm điện tử giúp polymer hình thành gốc phenolic có khả năng kết hợp với gốc phenolic của chuỗi khác hình thành liên kết ngang [32].
Hemin là chất không tan được trong nước, các nghiên cứu gần đây cho thấy rằng Hemin có thể được sử dụng để giả chức năng của HRP tự nhiên bằng cách kết hợp với các chất mang có tính ưa nước làm tăng khả năng hòa tan trong nước của Hemin.
Năm 2011, Hussein Gharibi cùng các cộng sự đã nghiên cứu và tổng hợp phức hợp Gemini–SDS–Hemin–Imidazole như một nano enzyme nhân tạo giống Peroxidase (Hình 1.18). Sự hiện diện Gemini 12–2–12/SDS đóng vai trò như như một chất hoạt động bề mặt tạo cấu trúc giống như apoprotein, tạo vị trí hoạt động Peroxidase có chứa các điện tích dương và âm phân bố trên bề mặt keo. Các cấu trúc
19 dạng nano giúp ổn định phức hợp Heme–Imidazole. Các thơng số hoạt hóa enzyme chỉ ra rằng hiệu suất xúc tác của nano enzyme nhân tạo hiệu quả hơn 27 % so với HRP tự nhiên. Gốc imidazole có chức năng tương ứng với phối tử histidine trong HRP, làm tăng khả năng phản ứng và hiệu quả xúc tác của enzyme nhân tạo. Chất xúc tác sinh học nano không biểu hiện sự bất hoạt khi có nờng độ Hydrogen Peroxide cao (tức không bị ức chế bởi H2O2 nồng độ cao) [6].
Hình 1.18. Sơ đờ mơ hình Peroxidase nhân tạo Micelle Gemini–SDS–Hemin–
Imidazole [6]
Năm 2012, Xiangfeng Duan cùng các cộng sự đã tổng hợp hệ Graphene–
Hemin như một chất xúc tác oxy hóa sinh học với xúc tác enzyme HRP (Hình 1.19). Graphene là một lớp đơn carbon có cấu trúc tổ ong được quan tâm bởi các tính chất điện tử, nhiệt và cơ học hấp dẫn của nó. Graphene tạo thành thường có nhiều khuyết tật bề mặt và các nhóm chức như nhóm cacboxylate, cho phép nó phân tán trong nước, có tiềm năng thúc đẩy hoạt động xúc tác và sự ổn định của Hemin. Graphene thu được bằng cách khử Graphene oxit với Hydrazine. Do Hemin không tan trong dung dịch nước trung tính, các thí nghiệm liên hợp giữa Hemin và Graphene được thực hiện trong methanol. Các liên hợp Hemin–Graphene được điều chế bằng cách phân tán Graphene khô trong Hemin 1,5 mM, sau đó ủ trong 120 phút. Kết quả, Graphene–Hemin có thể hoạt động như chất xúc tác hiệu quả trong phản ứng oxy hóa Pyrogallol với hoạt tính xúc tác và ái lực liên kết cơ chất gần với ái lực của các enzyme HRP tự nhiên. Graphene–Hemin có đặc tính xúc tác tốt gấp hai lần so với Hemin tự do [7].
20