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锐谈 | Sci. Bull.:从二氧化碳合成糖分,科学家开辟了人工光合作用的新途径

锐谈 | Sci. Bull.:从二氧化碳合成糖分,科学家开辟了人工光合作用的新途径

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  • 发布时间:2023-12-01 14:13
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锐谈 | Sci. Bull.:从二氧化碳合成糖分,科学家开辟了人工光合作用的新途径

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糖分是生命的基本物质,也是人类的重要食物和能源。然而,目前的糖分生产主要依赖于植物的光合作用,这种过程受到土地、气候和生态等因素的限制,而且光能转化效率很低。如果能够直接利用二氧化碳和水合成糖分,就可以减少对生物资源的依赖,降低环境影响,缓解水和粮食危机,甚至减少温室气体的排放。
近日,中国科学院天津工业生物所的马老师课题组和大连化物所的李老师课题组合作,发表了一篇题为《从二氧化碳合成己糖的人工途径》的论文,报道了一种从二氧化碳合成糖分的人工途径,为人工光合作用提供了一种新的思路和方法。
该途径分为两个部分:化学部分和酶催化部分
化学部分利用ZnO–ZrO2催化剂,将二氧化碳和氢气还原为甲醇。
酶催化部分利用一系列的酶,将甲醇转化为具有特定立体化学的糖分。酶催化部分又分为三个模块:C1模块,将甲醇转化为二羟基丙酮(DHA);C3模块,将DHA转化为果糖-6-磷酸(F6P),这是一种重要的糖前体;C6模块,将F6P转化为不同的己糖,如葡萄糖、甘露糖、异麦芽糖和鼠李糖等。

该途径的创新之处在于:

· 采用了一种新的酶,即DHA依赖的醛缩酶(FSA),来催化DHA和乙醛的缩合反应,生成F6P,这样可以减少ATP的消耗,缩短反应步骤,提高反应效率。

· 通过数据库挖掘和蛋白工程,获得了一些具有高催化效率和高底物特异性的酶,如异麦芽糖-6-磷酸环化酶(T6PE)和鼠李糖-6-磷酸特异性磷酸酶(T6PP),可以精确地合成不同的己糖。

· 通过空间和时间上的模块分离,可以有效地降低甲醇对其他酶的毒性,提高反应的稳定性和可控性。

该途径的优势在于:

· 可以从二氧化碳合成多种结构和功能的糖分,为食品和医药等领域提供新的碳源和原料。

· 可以实现二氧化碳的高效转化,比传统的植物光合作用具有更高的碳转化率和能量转化效率。

· 可以减少对土地、水和生物资源的需求,降低对环境的影响,缓解水和粮食危机,甚至减少温室气体的排放。

该途径的挑战在于:

· 需要进一步优化化学和酶催化部分的反应条件,提高甲醇的产率和纯度,降低能源消耗和成本。

· 需要进一步扩展酶催化部分的产品谱,合成更多种类和数量的糖分和衍生物。

· 需要进一步探索酶催化部分的反应机理,揭示二氧化碳转化为糖分的立体化学规律和动力学规律。

总之,该途径为人工光合作用提供了一种新的思路和方法,为二氧化碳的高值化利用和糖分的可持续生产开辟了新的途径,具有重要的理论意义和应用价值。该途径还可以与其他的人工合成途径相结合,合成更多的有机化合物,为人类的生活和发展提供更多的可能性。

原文链接:https://doi.org/10.1016/j.scib.2023.08.023

作者:Alex

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