为了解决这个问题，研究小组转向天然酶——在生物体中发现的蛋白质，可以催化生物催化过程中的反应。天然酶可以产生和控制各种生物过程的自由基。生物催化的高选择性使研究人员能够部署酶来作用于特定的底物并创造有价值的目标产物。赵惠民的实验室已经成功地利用光催化控制这一过程，以产生新的酶反应性。

在这项研究中，CABBI 研究人员选择了烯还原酶，他们之前曾将其与其他底物一起使用以实现不同的反应。他们成功地利用自然光重新利用烯还原酶，以实现具有优异对映选择性（靶向称为对映体的镜像分子的能力）的分子间自由基氢胺化。

脂肪酸升级为手性胺，高价值生物制造平台


(资料图片)

这项研究清楚地表明，生物催化与光催化的结合有可能解决合成化学中的长期挑战，并为新型合成方法的开发带来更多的多样性。

CABBI 的研究人员将由此开发将能源草的叶和茎转化为高价值制造产品的高效方法。他们发现，从植物生物质中提取的脂肪酸可以很容易地转化为本研究中使用的不饱和化合物，因此有可能升级为手性胺。

“能源草”是多种多样“非入侵多年生草本或半木本”绿色植物品种的统称，具有显著的“生物质能源植物”特征（光合能力强、抗逆性能好、植株高大、速生丰产，或富含纤维素、半纤维素、木质素，或富含高糖、高淀粉，或富含油脂、类石油成份）。

更广泛地说，这种新光酶系统的发现原则上证明了手性胺（其他有价值分子的前体）可以在实验室中由脂肪酸衍生材料生产。一方面，它为脂肪酸的生物质利用和升级提供了一种策略；另一方面，它为生物制造提供了一个有前途的平台。接下来，研究人员将进一步研究将脂肪酸升级为手性胺，可用于生产农用化学品和其他分子和材料。

赵惠民表示，希望公司能够使用研究团队开发的新方法来制造他们的产品。

不过，文章讨论中指出了这种反应在实际应用中的一个局限是，与酶的天然反应活性相比，其周转次数较低；酶的活性位点大小有限，无法容纳带有笨重取代基团的底物；自由基中间产物不稳定；以及底物在水介质中的溶解性较差。

作者表示，通过进一步对酶进行定向进化，优化其光学特性，提高其与底物、中间体和有机溶剂的兼容性，有可能提高该反应的周转次数。另一个限制因素是需要使用纯化的酶，这有可能通过宿主细菌的新陈代谢工程得到改善，以尽量减少涉及细胞中其他成分的副反应。

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