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《Science》:人工叶绿体将CO2转化为仅由光驱动的多碳分子

时间:2020-05-11 浏览:142次

利用阳光来模拟单个光合作用过程的工程材料和酶(例如分解水和固定二氧化碳)并不新鲜。但是,要重现植物细胞叶绿体的复杂性和效率(叶绿体既能收集光能,又能利用它来进行多步合成),则是一个更大的挑战。

2016年,位于德国马尔堡的马克斯·普朗克陆地生物研究所(Max Planck Institute for Terrestrial Biology)的Tobias Erb团队开发了一种人工固碳途径。该循环被称为Cetch (crotonylCoA/ethylmalonyl-CoA/hydroxybutyryl-CoA),它利用一系列天然和人工酶将二氧化碳转化为有机分子,甚至比植物的固碳循环更有效[1]。近日,Erb的团队与法国波尔多大学的Jean-Christophe Baret的团队合作,使用微流体技术将Cetch循环与叶绿体的光能收集源结合起来,产生细胞大小的液滴,作为合成的叶绿体[2]。

每个细胞大小的液滴都充当一个人工叶绿体。在显微镜图像中可见的类囊体膜(上排)利用光产生NADPH(下排)和ATP,它们为固定二氧化碳的酶级联反应提供动力。

Cetch酶进行CO2还原化学反应的能源是从菠菜中提取的。研究人员从菠菜叶绿体中分离出类囊体膜,该类膜体将光转化为富含能量的化合物,包括三磷酸腺苷。然后,使用微流体技术将这些膜与Cetch酶一起封装在油包水微滴中。每个细胞大小的液滴都能够进行所有必要的反应,仅靠光来将CO2转化为乙醇酸。


Cetch酶级联反应将CO2转化为乙醇酸,所有这些反应都由类囊体膜的光收集能源提供动力


“我们的工作首次表明可以从单个部分和模块在微观尺度上实现替代的、自主的光合作用系统,从而使我们能够构建一种新的”供选择的”生物解决方案,” Erb说,“据我们所知,这是初次证明二氧化碳可以连续、多步地转化为碳化合物。”


参考文献
1. T Schwander et al, Science, 2016, 354, 900 (DOI: 10.1126/science.aah5237)

2.  T E Miller et al., Science, 2020, DOI: 10.1126/science.aaz6802


来源 :Chemistry World



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