研究利用体外多酶系统实现纤维素的完全转化

2018-10-22 10:21:33来源：天津工业生物技术研究所

体外多酶系统是模仿体内代谢途径，在体外组合一系列酶及辅酶构建复杂的生化反应网络，催化底物生成产物的新型生物制造平台。该体外生物合成途径可操作性强，产品得率高，反应速度快，已经被成功应用到利用淀粉生产氢气、生物电、稀少糖等领域。纤维素是地球上最丰富的可再生资源，被认为是生产生物燃料和生物基化学品的重要原料。纤维素每年的产量是淀粉的40倍以上，因此利用体外多酶系统将纤维素高效转化为高附加值的产品将成为非常重要的研究方向。

近日，中国科学院天津工业生物技术研究所体外合成生物中心研究员游淳带领的研究团队，设计了利用体外多酶系统将纤维素生物质进行化学计量转化的酶法磷酸解途径，用于制造生物化学品或生物燃料。该途径利用三个级联磷酸化酶（纤维多糖磷酸化酶（cellodextrin phosphorylase， CDP）、纤维二糖磷酸化酶（cellobiose phosphorylase， CBP）和多聚磷酸依赖型葡萄糖激酶（polyphosphate-dependent glucokinase， PPGK））将纤维多糖转化成高能磷酸化糖（葡萄糖1-磷酸和葡萄糖6-磷酸），进而经过后续酶的催化生产氢气、生物电、高值化学品。该研究团队以肌醇作为最终产品，对该体外多酶系统催化纤维素生物转化的效率进行了评估。研究结果显示，肌醇的产率达到98%，接近化学计量的底物转化率。另外，该体外多酶系统还可以利用具有微生物毒性的玉米秸秆水解液作为底物生产肌醇。这种新的纤维素的酶法磷酸解，首次实现了纤维素的化学计量的生物转化，这为以纤维素为底物生产其他高附加值生物基化学品提供了新的研究思路。

该研究得到中科院重点部署项目（ZDRW-ZS-2016-3）、国家自然科学基金（31600635和21778073）、天津市科技计划项目（15PTCYSY00020）的支撑，相关研究成果已经发表于催化研究领域期刊ACS Catalysis。天津工生所助理研究员孟冬冬为论文的第一作者。

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