如何以環(huán)保的方式生產高價值化合物？答案是重新調整酶的用途，好奇心，再加上一點點光。

發(fā)表的一篇論文描述了由伊利諾伊大學香檳分�；瘜W與生物分子工程系（ChBE）和Carl R. Woese基因組生物學研究所（IGB）以及廈門大學化學化工學院領導的一項研究。

第一作者是在ChBE教授Huimin Zhao實驗室工作的中國博士后學者Xiaoqiang Huang，其他作者包括廈門大學化學化工學院的王斌舉（Bingju Wang）教授和Jianqiang Feng，以及伊利諾伊大學香檳分校ChBE的Yajie Wang和Guangde Jian。

催化劑是用來加速化學反應的物質；在活的生物體中，被稱為酶的蛋白質分子在被稱為生物催化的過程中催化反應。

生物催化作為一種精細、靈活的合成有價值化合物的方法正在迅速興起。很多科學家正在研究酶催化多種反應的能力，理由很充分：生物催化反應具有高度的選擇性，這意味著科學家可以利用酶作用于特定的底物產生目標產物。

酶促反應也具有高度的可持續(xù)性，因為它們相對便宜，能耗低，對環(huán)境的破壞最�。夯瘜W催化劑通常需要有機溶劑、熱量和高壓才能發(fā)揮作用，但生物催化劑在水溶液，室溫和常壓條件下就能工作。

盡管酶對科學和可持續(xù)發(fā)展具有重要價值，但它的作用可能很復雜。酶能催化的反應僅限于自然界中存在的反應；這意味著科學家們常常難以找到完美的生物催化劑來滿足他們的需要。

用化學反應的語言來說：科學家如何利用自然界中已經存在的酶來創(chuàng)造他們所需要的產品？

合作研究小組開發(fā)了一種解決方案：利用酶家族的烯還原酶（ene-reductase ，ER）作為生物催化劑的一個可見光誘導反應，能高產地獲得有價值的手性羰基化合物。手性羰基化合物在制藥工業(yè)中有潛在的應用，可用于藥物生產。

“我們的解決方案可能被認為是一種‘再利用’。我們利用自然界中已知的酶，再利用它們進行新的反應，”Zhao教授說。

換句話說，研究人員不需要在調色板上添加一種新的顏料——他們發(fā)現了一種巧妙的方法來調和已經存在的顏料。

這些“再利用”的酶反應不僅經濟、環(huán)保，而且非常理想。該團隊的解決方案特別獨特，它將生物催化與光催化（其中光被用作活化能的可再生來源）結合在一種新穎的光酶反應中。

在研究過程中，研究人員測試了多種底物，記錄了ER酶對每種底物的反應。這一過程相當于烘焙一種化學巧克力曲奇：通過保持光照水平不變和調整“成分”（即ERs和底物），研究小組能夠逐漸接近實際到所需的反應。

運用化學洞察力和巧妙的設計來合成增值產品是Zhao課題組的研究目標之一。

“創(chuàng)造新的酶功能是我們面臨的主要科學挑戰(zhàn)之一，”Zhao教授說�！斑@項研究通過發(fā)現酶的新用途并展示它們的能力來應對這一挑戰(zhàn)�！�

在這項研究中使用的底物（一種稱為烯烴的碳氫化合物）也是研究植物生物質應用的結果。原則上，從芒、高粱和甘蔗等作物中提取的脂肪酸可以轉化為烯烴，然后用來代替石油基底物，生產有價值的化合物。

通過將生物催化和光催化相結合，并對各種反應性“成分”進行實驗，本研究擴展了ER酶的功能，最終合成了高價值、高含量的化合物。

光和酶的結合僅僅是一個開始。

Huang說：“我們絕不局限于制造手性羰基化合物。希望這項研究能啟發(fā)科學家們將幾種酶結合起來，探索新的反應性選擇。”

在未來，研究人員可以在這項研究的基礎上創(chuàng)建一個更加多樣化的產品組合——并進一步擴大酶的經濟和環(huán)境效益。