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天津工生所在構建多酶復合體提高纖維素產電效率方面取得進展

2019-12-04

    纖維素是地球上最豐富的可再生資源,可以被用來生產生物燃料和生物基化學品。相對于傳統微生物發酵法利用纖維素進行生物制造,體外多酶系統可操作性強、產品得率高、反應速度快,已經被成功應用到催化纖維素完全轉化生產肌醇中。但在利用纖維素產電或產氫的體外多酶途徑中,由于反應途徑活化能高、關鍵酶比酶活低、下游反應拉動能力差等原因,導致整個反應體系初始反應速度和轉化效率仍受到限制。

  近日,中國科學院天津工業生物技術研究所體外合成生物學中心研究員游淳和朱之光帶領的研究團隊,通過在纖維素產電體外多酶系統中構建多酶復合體,提高了整個反應體系的產電效率。在前期設計的利用體外多酶系統將纖維素生物質進行化學計量轉化的酶法磷酸解途徑基礎上,該團隊將途徑中的限速酶(纖維寡糖磷酸化酶)與下游級聯酶(葡萄糖磷酸變位酶)構建為不同類型的多酶復合體(圖a),其中最優多酶復合體催化纖維素產葡萄糖6-磷酸的磷酸解的反應速率,能夠提高2.4倍,將該多酶復合體應用于纖維素產電體外多酶系統中,相對于游離酶系統,電流密度和功率密度分別提高3.35倍和2.14倍(圖b,c)。該研究首次報道了利用纖維素生產生物電,并且為提高體外多酶系統初始反應速度和轉化效率提供了新思路。

  該研究得到中科院重點部署項目和國家自然科學基金的支持,相關研究成果已經發表在Biotechnology for Biofuels。天津工生所助理研究員孟冬冬為論文的第一作者,游淳和朱之光為論文共同通訊作者。

 
通過構建多酶復合體提高體外多酶系統催化纖維素進行生物制造的效率。(a)催化纖維素生產生物燃料的體外多酶系統;(b)游離酶系統具有差的催化纖維素產葡萄糖6-磷酸的能力;(c)多酶復合體推動纖維素磷酸解產葡萄糖6-磷酸。

來源: 天津工業生物技術研究所

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