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、好奇心和一点点光线。

　　发表在《自然》杂志上的一篇论文描述了由伊利诺伊大学香槟分校化学与生物分子工程系(ChBE)和Carl R. Woese基因组生物学研究所(IGB)的博士后研究员黄晓强(如图)领导的一项研究。黄教授在ChBE高级生物能源和生物产品创新中心(CABBI)转换主题负责人赵慧敏教授的实验室工作，CABBI是美国能源部资助的生物能源研究中心(BRC)。

　　催化剂是用来加速化学反应的物质;在生物体中，被称为酶的蛋白质分子在一个被称为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，这是有充分理由的:生物催化反应具有高度选择性，这意味着科学家可以利用酶作用于特定的底物并产生目标产物。

　　酶促反应也是高度可持续的，因为它们相对便宜，消耗低水平的能量，对环境的破坏最小:化学催化剂通常需要有机溶剂，热量和高压才能起作用，而生物催化剂在水溶液中工作，在室温和常压条件下工作。

　　尽管酶对科学和可持续性有价值，但它们的使用可能很复杂。酶能催化的反应仅限于自然界中发现的反应;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，以产生正确的色调?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?

　　研究小组开发了一种解决方案:一种可见光诱导的反应，使用酶家族的酶还原酶(ER)作为生物催化剂，可以产生高产量的有价值的手性羰基化合物。

　　“我们的解决方案可能被认为是‘重新利用’。我们利用自然界中存在的已知酶，重新利用它们来进行新的反应。”

　　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结合已有的颜料。

　　这些“重新利用”的酶促反应不仅具有经济和环境效益，而且非常理想:手性羰基化合物在制药工业中具有用于药物生产的潜在应用。

　　该团队的解决方案特别独特，因为它将生物催化与光催化结合在一起，在一种新的光酶反应中，光被用作可再生的活化能来源。

　　在研究过程中，研究人员测试了各种底物(即催化剂作用的物质)，记录了内质网酶对每种底物的反应性。这个过程类似于烘焙化学巧克力片饼干:通过保持恒定的光照水平和调整“成分”(即er和底物)，研究小组能够逐渐实现所需的反应。

　　用化学的洞察力和巧妙的设计来合成增值产品是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并展示它们的能力来解决这一挑战。”

　　本研究中使用的底物(烯烃化合物)也符合CABBI研究植物生物量应用的使命。原则上，来自诸如芒草、高粱和甘蔗等作物的脂肪酸可以转化为烯烃，然后烯烃可以用来代替石油基基质来生产有价值的化合物。

　　通过混合生物和光催化以及实验各种反应“成分”，这项研究扩展了内质网酶的功能，以合成高价值、高质量的化合物。

　　但光与酶的结合仅仅是个开始。

　　未来，研究人员可以在这项研究的基础上创造出更加多样化的产品组合，并进一步扩大酶的经济和环境效益。