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　　近日,中國科學院天津工業(yè)生物技術研究所體外合成生物學中心與中國科學院微生物研究所、山東大學的研究團隊合作,首次實現(xiàn)了生物電催化二氧化碳加氨一鍋法合成甘氨酸。

　　甘氨酸是自然界中分子結(jié)構(gòu)最簡單的氨基酸,在農(nóng)藥、飼料、食品、醫(yī)藥等領域有廣泛應用。目前,甘氨酸主要通過化學法合成,但化學催化劑在轉(zhuǎn)化二氧化碳方面選擇性欠佳,難以高效合成多碳和含氮分子。

　　近年來,隨著綠色發(fā)電技術的發(fā)展,以清潔電能驅(qū)動生物催化的生物電催化技術越來越受到關注,這也為二氧化碳直接轉(zhuǎn)化為復雜分子提供了可能。

　　中國科學院天津工業(yè)生物技術研究所副研究員吳冉冉告訴記者,研究團隊構(gòu)建了電能驅(qū)動的體外多酶催化系統(tǒng),突破了生物固碳過程熱力學的限制,將“固碳”與“聚碳、聚氨”過程成功耦合。該系統(tǒng)包含二氧化碳還原到甲酸、基于四氫葉酸的甲酸轉(zhuǎn)化、基于甘氨酸裂解系統(tǒng)的甘氨酸合成以及輔酶再生四個模塊。

　　首先,對四個模塊分別進行了構(gòu)建和驗證。特別是團隊前期開發(fā)了基于銅電極和甲酸脫氫酶的高效輔酶再生模塊,解決了輔酶易失活的問題,大幅提升了甲酸濃度。通過挖掘雙功能酶、優(yōu)化反應條件、提高多酶間和酶與輔酶間的相互適配性等,進一步解決了輔酶需求不匹配、固碳與氨素利用難以協(xié)同等問題,將甘氨酸產(chǎn)量提升至0.81毫摩爾。

　　同位素標記結(jié)果也證實甘氨酸中的碳原子和氮原子均來自二氧化碳和氨。

　　“該研究展示了一條利用生物電催化系統(tǒng)將二氧化碳加氨合成甘氨酸的新路線,也為以二氧化碳為原料合成更多含氮高值化學品提供了新思路?！敝袊茖W院天津工業(yè)生物技術研究所研究員朱之光說。

　　該項研究得到了天津市合成生物技術創(chuàng)新能力提升行動、國家自然科學基金和海河實驗室項目的支持,相關論文發(fā)表在國際期刊《德國應用化學》上并被選為封面論文。