揭开大自然的秘密

最近有研究表明,生物催化剂铁固氮酶不仅可以固定氮,还可以固定二氧化碳。然而,这种固氮酶迄今为止研究得最少。现在,已经确定了两种对酶的能量供应至关重要的蛋白质。图片来源:马克斯普朗克陆地微生物研究所/盖泽尔

发现固氮酶中必需的电子载体为环保化学品生产开辟了新的途径,解决了长期存在的研究瓶颈。

固氮酶被认为是可持续酶促生产氨和碳化合物的有希望的候选者。不幸的是,这个复杂过程中的一个瓶颈,即酶的电子供应,至今仍是个谜。现在,马尔堡马克斯普朗克陆地微生物研究所的一个团队发现了两种重要的电子载体,它们在决定铁 (Fe) 固氮酶的性能方面起着关键作用,从而为阐明和最大限度地发挥固氮酶的潜力开辟了新的可能性。

固氮酶是多种工业相关反应的催化剂

其中最重要的是化学固定氮并将其 WhatsApp 数据 转化为氨(一种肥料原料)。目前,固氮酶的工业生产采用对环境有害的哈伯-博施法。

用酶法可持续生产的肥料可以节省全球约 1% 的能源消耗和相关二氧化碳排放,这就是许多研究实验室和初创企业关注这一主题的原因。然而,固氮酶研究具有挑战性,因为固氮酶是一种高度复杂的金属酶,其反应性和催化作用的许多方面仍不太清楚。

铁固氮酶不仅可以固定氮,还可以固定二氧化碳

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德国马尔堡马克斯普朗克 外包自 .专业人士 陆地微生物研究所的约翰内斯雷贝林 (Johannes Rebelein) 领导的研究人员现在首次深入了解了酶复合物的能量供应,即其电子供应。

他们的研究结果不仅对工业氮,而且对工业二氧化碳固定都具有重要意义,因为同一团队最近表明,铁固氮酶也能将二氧化碳转化为短链烃。研究人员描述了模型细菌红细菌中铁固氮酶的电子传递过程,并表明两种不同的电子传递蛋白(称为铁氧还蛋白)对氮固定至关重要。

能源瓶颈为优化开辟了新途径

“我们想找出哪些铁氧还蛋白对固氮酶 博茨瓦纳 电话号码 催化至关重要。由于所有细胞都含有多种铁氧还蛋白,我们的模型细菌R. capsulatus产生六种不同的铁氧还蛋白,我们还想找出这些铁氧还蛋白中是否有几种可以执行相同的任务,或者它们是否具有严格特定的功能,”第一作者 Holly Addison 解释说。“当两种特定的铁氧还蛋白被敲除时,其他铁氧还蛋白无法接管它们的功能。我们得出结论,这些铁氧还蛋白是必不可少的,可能在固氮中发挥着不同的作用。”

电子供应被认为是催化的瓶颈。利用这两种铁氧还蛋白,研究人员现在已经确定了影响电子流动的明确目标,从而影响固氮酶作为生物催化剂的性能。“我们的研究结果是优化R. capsulatus作为模型系统的重要先决条件,以增强氮或二氧化碳转化为氨或短链烃,”Johannes Rebelein 补充道。“现在的目标是进一步研究和设计固氮酶及其相关蛋白质,以扩大我们的理解并实现工业大宗化学品的生产。”

参考文献:“两种不同的铁氧还蛋白对于红细菌铁固氮酶的固氮至关重要”,作该项目的下一步将集中于更好地了解铁氧还蛋白的作用,以及利用合成生物学方法对其进行改造,并通过更有效地提供电子来加速固氮酶的周转。

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