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工程蛋白模仿光合作用捕集碳
  中国

 2018118

转基因酶在减少光化学二氧化碳方面可与重金属催化剂抗衡

来自中国的研究人员已经设计出一种酶来吸收人造分子,从而创造出减少二氧化碳的微型光合机制。

由于二氧化碳是地球气候的祸根,科学家们正在寻找方法将其减少为燃料或原料化学物质,如一氧化碳。为了使这一过程真正可持续,研究人员正试图以植物光合作用时的方式在阳光下运行。

许多减少二氧化碳的催化剂都依赖于稀有而昂贵的重金属。科学家们也尝试使用天然的光合酶,但是这些酶在细胞环境之外非常不稳定。

中国科学院的Jiangyun Wang和他的同事们没有采用自然光系统,而是将光合作用分解到最基本的部分。他们将一种小蛋白质与人造分子结合,创造出一种利用光将二氧化碳还原为一氧化碳的微小酶。

首先,Wang的团队在一种天然荧光蛋白中加入了一种人工捕光单元苯甲苯酚丙氨酸染料。然后,研究人员在蛋白质中引入了半胱氨酸突变。加入这种含硫氨基酸后,它们就可以连接镍-三联吡啶复合物和二氧化碳还原催化剂。

在光照下,酶的染色部分从烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(NADH)中获得电子。有了这些电子,它就会产生一种超级还原剂状态,驱动二氧化碳的减少。

整个酶的重量只有27kDa,与几百千道尔顿重的天然酶组合物相比微不足道。

西班牙加泰罗尼亚化学研究所的Elisabet Romero为制造太阳能燃料设计了生物启发系统,她称这项研究鼓舞人心。她对逐渐向蛋白设计中添加所需元素以产生所需功能的概念感到兴奋。

英国剑桥大学的光电化学家Jenny Zhang说,这是一种人工光催化酶,你基本上可以对一系列反应进行定制和优化。我想知道它们是否也能产生酶来进行非常困难的反应,比如氮还原反应,那将是非常令人兴奋的。

Zhang说:“虽然2.6%的酶量子效率没有天然光系统蛋白质那么高,但它比大多数合成光催化系统都强。然而,其他用于二氧化碳减排的光电化学系统,例如那些使用光伏电解的系统,现在相当高效,因此它还不能与那些竞争。”(领先财纳编译)

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