研究人员已经确定了以环保方式生产高价值化合物的关键成分:重新利用的酶、好奇心和一点点光。
发表在《自然》杂志上的一篇论文描述了由伊利诺斯大学香槟分校化学和生物分子工程系(ChBE)以及卡尔·r·沃斯基因生物学研究所(IGB)博士后研究员黄晓强(见图)领导的一项研究。黄在ChBE的赵慧敏教授的实验室工作，赵慧敏教授是美国能源部资助的生物能源研究中心(BRC)高级生物能源和生物产品创新中心(CABBI)的转化主题负责人。
催化剂是用来加速化学反应的物质;在活的生物体中，杏耀平台被称为酶的蛋白质分子在一个叫做生物催化的过程中催化反应。
生物催化作为一种精细、敏捷的合成有价值化合物的方法正在迅速兴起。科学家们正在研究酶催化各种反应的能力，并且有很好的理由:生物催化反应是高度选择性的，这意味着科学家可以使用酶作用于特定的底物并创造目标产物。
酶反应也高度可持续发展相对便宜,消费水平尚低的能源,和做最小的对环境的破坏:化学催化剂通常需要有机溶剂时,热,和高压功能,生物催化剂在水工作的解决方案,在室温和正常压力条件。
尽管酶对科学和可持续性有价值，但它的使用可能很复杂。酶能催化的反应仅限于自然界中存在的反应;这意味着科学家们经常努力寻找完美的生物催化剂来满足他们的需求。
这个过程类似于调色:艺术家如何创造性地将调色板上已有的颜色组合在一起，以产生正确的色度?用化学反应的语言来说:科学家如何利用自然界中已经存在的酶来制造他们需要的产品?
该研究小组开发了一种解决方案:利用酶家族烯还原酶(ER)作为生物催化剂，利用可见光诱导反应，可以高产出有价值的手性羰基化合物。
“我们的解决方案可以考虑‘重新利用’。“我们利用自然界中已知的酶，将它们用于一种新的反应，”赵说。
换句话说，研究人员不需要在调色板上添加一种新的颜料——他们发现了一种巧妙的方法来组合已有的颜料。
这些“再利用”的酶反应不仅在经济和环境上有效，而且非常可取:手性羰基化合物在制药工业中有用于药物生产的潜在应用。
该团队的解决方案特别独特，因为它将生物催化和光催化结合在了一种新颖的光酶反应中，其中光被用作活化能的可再生资源。
在研究过程中，研究人员测试了多种基质(例如:(即催化剂作用的物质)，记录内质网酶对每种酶的反应活性。这一过程类似于烘焙化学巧克力曲奇:通过保持光线恒定和调整“成分”(即ERs和底物)，该团队能够逐渐按预期的反应进行循环。
利用化学的洞察力和巧妙的设计来合成有价值的产品是CABBI的转换主题的特点。
“创造新的酶功能是CABBI的主要科学挑战之一，”赵说。“这项研究通过揭示酶的新用途和展示它们的能力来解决这一挑战。”
本研究中使用的基质(碳氢化合物称为烯烃)也符合CABBI研究植物生物量应用的使命。原则上，从芒草、高粱和甘蔗等作物中提取的脂肪酸可以转化为烯烃，这些烯烃可以用来代替基于石油的基质来生产有价值的化合物。
但将光与酶结合仅仅是个开始。
黄说:“我们绝不局限于制造手性羰基化合物。”“希望这项研究能激发科学家们将几种酶结合在一起，并探索反应活性的新选项。”
未来，研究人员可以在此基础上创造出更多样化的产品组合，并进一步扩大酶的经济和环境效益。
