光合作用的精细化学生产
可预见的化石资源枯竭和大气CO的增加2我们迫切需要提高我们行业的可持续性。制药和化学工业属于废物密集和能源消耗最多的行业，具有巨大的节约潜力。酶在非常温和的反应条件下进行了优化，酶的选择性使缩短反应路线成为可能。这两种方法都可以节省大量的废物和能源，使生物催化成为一种清洁和可持续的技术。
催化氧化反应的酶需要来自特定介质分子的外部电子供应。由于尼古丁酰胺辅助因子NADPH等天然介质是非常复杂的分子，因此很难将电子转移到它们身上。在微生物中，这些电子通常是由碳水化合物氧化成二氧化碳提供的。这需要为每一个被转化的分子添加等量的糖，导致原子效率不令人满意。
图1所示。光合作用驱动的生物转化方案。光合作用的第一步包括水光解，在此过程中电子从水中获得。随后，这些电子通过光激发转移到更高的能级。由于它们的高能级，电子沿着从光系统II (PSII)到PSI的电子链传输。通过介质铁氧化还蛋白(Fd)和铁氧化还蛋白-NADP+-还原酶(FNR)将电子转移到NADP+上产生NADPH。因此，光合作用产生的NADPH部分被酶(2)用来减少添加的底物。Cyt b6f:细胞色素b6f, E:酶，PC:质体青素，PQ:质体醌，PQH2:质体对苯二酚。
一种相当新的方法研究了利用光合作用作为替代电子供应来驱动生物催化的可能性。除了植物，一些微生物，如微藻和蓝藻也能进行光合作用。事实上，蓝藻是最早的光合生物，被认为是叶绿体的前身。在光合作用过程中，从光中获得的能量通过水和CO转化为化学能2．这种化学能被用来驱动新陈代谢，包括酶的产生。通过对生物体进行基因改造，可以引入可用于生物催化的外源酶。这使得在细胞中引入各种不同的反应成为可能。用于氧化反应的电子来自于光合作用中的水分解。由于水是最便宜、最干净的电子供体，这种方法在反应的可持续性方面具有相当大的优势。
本研究分析了光合作用驱动生物催化的可行性。藻青菌的集胞藻属对PCC 6803进行基因改造，产生一种能够还原C=C双键的酶。该酶需要辅助因子NADPH，而NADPH在光合作用过程中大量产生(图1)。该研究解决了该系统的光合依赖性，其局限性和潜在的改进。
对几种底物的转化率和产物形成的选择性进行了测试。这可以证明，与光合作用活跃的培养物相比，不能进行光合作用的培养物——由于黑暗孵育或用光合作用抑制剂处理——表现出较慢的转化率，从而允许假设生物转化确实与光合作用直接相关。由于这种依赖性，细胞密度是该系统的限制因素之一。通常更多的细胞就意味着更多的酶，也就意味着更多的产物生成。由于反应与光有关，较高的细胞密度导致位于反应器中心的细胞的阴影。这使得通过增加催化剂的量来加速反应变得困难。此外，由于底物毒性和生物膜的形成，扩大规模变得复杂。然而，实验室规模的最佳生物转化实现了将底物完全转化为所需产品而不形成副产物。此外，随后82%的产物可以被分离为纯油。
简而言之，由于蓝藻产生时间缓慢和底物毒性等缺点，该系统仍处于相当容易的研究阶段，并且不提供已建立的糖依赖系统的生产力。官方manbetx手机版尽管如此，这些结果证明了该系统的可行性，并有助于利用光自养微生物进行可持续化学的下一代生物转化。
卡塔琳娜Köninger，罗伯特·库里斯特
微生物生物技术官方manbetx手机版青年研究组，Ruhr-Universität，德国波鸿
出版
重组蓝藻在生物催化氧化水催化下不对称还原C=C键的研究。
Köninger K, Gómez Baraibar Á， m
新化学国际教育英语2016年4月25日
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