可再生的生物燃料是化石燃料的替代品,然而大规模生产生物燃料需要投入大量的粮食作物。因此,研究者们尝试将原核或者真核生物中的脂肪酸代谢途径应用于生物化学合成汽油、柴油和其他燃料的主要成分——烷烃。
蓝球藻中烷烃生物合成路径中涉及到两个关键酶,一个是催化脂肪酸酰基-酰基载体蛋白(ACP)还原生成脂肪醛的酰基载体蛋白还原酶(AAR),另一个是催化脂肪醛脱羰生成烷烃和甲酸的醛脱羰酶(AD)。
近期,美国犹他大学ShelleyMinteer课题组通过将一个来源于蓝细菌、能够催化脂肪醛脱羰生成烷烃和甲酸的醛脱甲酰加氧酶(ADO)与电化学界面结合创建了一个酶促电合成体系。这个体系可以从不同的醛或醇出发合成C3~C8的烷烃(图1)。此外,作者将PmADO与NAD依赖的醇脱氢酶级联,从而实现由短链脂肪醇生产烷烃(图2)。最后,作者将这个生物电化学系统与一个氢化酶生物阳极结合起来得到了一个H2/庚醛酶法燃料电池(EFC),这个电池可以同时产生电能和己烷(图3)。
图1.PmADO生物阴极示意图
图2.PmADO与ADH级联生物电化学系统示意图
图3.H2/庚醛生物燃料细胞示意图
作者将酶催化与电化学结合起来,将微生物中的脂肪酸代谢途径应用于生物化学合成烷烃,不仅利用酶的反应条件温和、选择性高等特性规避了传统化学合成中反应条件苛刻的特点,还通过电化学实现了催化过程中的辅酶循环,是本文的亮点。
文献来源:Angew.Chem.Int.Ed.,57,–
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