如何以環(huán)保的方式生產(chǎn)高價(jià)值化合物？答案是重新調(diào)整酶的用途，好奇心，再加上一點(diǎn)點(diǎn)光。

發(fā)表的一篇論文描述了由伊利諾伊大學(xué)香檳分�；瘜W(xué)與生物分子工程系（ChBE）和Carl R. Woese基因組生物學(xué)研究所（IGB）以及廈門(mén)大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院領(lǐng)導(dǎo)的一項(xiàng)研究。

第一作者是在ChBE教授Huimin Zhao實(shí)驗(yàn)室工作的中國(guó)博士后學(xué)者Xiaoqiang Huang，其他作者包括廈門(mén)大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院的王斌舉（Bingju Wang）教授和Jianqiang Feng，以及伊利諾伊大學(xué)香檳分校ChBE的Yajie Wang和Guangde Jian。

催化劑是用來(lái)加速化學(xué)反應(yīng)的物質(zhì)；在活的生物體中，被稱為酶的蛋白質(zhì)分子在被稱為生物催化的過(guò)程中催化反應(yīng)。

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

酶促反應(yīng)也具有高度的可持續(xù)性，因?yàn)樗鼈兿鄬?duì)便宜，能耗低，對(duì)環(huán)境的破壞最小：化學(xué)催化劑通常需要有機(jī)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(duì)科學(xué)和可持續(xù)發(fā)展具有重要價(jià)值，但它的作用可能很復(fù)雜。酶能催化的反應(yīng)僅限于自然界中存在的反應(yīng)；這意味著科學(xué)家們常常難以找到完美的生物催化劑來(lái)滿足他們的需要。

用化學(xué)反應(yīng)的語(yǔ)言來(lái)說(shuō)：科學(xué)家如何利用自然界中已經(jīng)存在的酶來(lái)創(chuàng)造他們所需要的產(chǎn)品？

合作研究小組開(kāi)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(gè)可見(jiàn)光誘導(dǎo)反應(yīng)，能高產(chǎn)地獲得有價(jià)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(yīng)用，可用于藥物生產(chǎn)。

“我們的解決方案可能被認(rèn)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(jìn)行新的反應(yīng)，”Zhao教授說(shuō)。

換句話說(shuō)，研究人員不需要在調(diào)色板上添加一種新的顏料——他們發(fā)現(xiàn)了一種巧妙的方法來(lái)調(diào)和已經(jīng)存在的顏料。

這些“再利用”的酶反應(yīng)不僅經(jīng)濟(jì)、環(huán)保，而且非常理想。該團(tuán)隊(duì)的解決方案特別獨(dú)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(lái)源）結(jié)合在一種新穎的光酶反應(yīng)中。

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

運(yùn)用化學(xué)洞察力和巧妙的設(shè)計(jì)來(lái)合成增值產(chǎn)品是Zhao課題組的研究目標(biāo)之一。

“創(chuàng)造新的酶功能是我們面臨的主要科學(xué)挑戰(zhàn)之一，”Zhao教授說(shuō)。“這項(xiàng)研究通過(guò)發(fā)現(xiàn)酶的新用途并展示它們的能力來(lái)應(yīng)對(duì)這一挑戰(zhàn)�！�

在這項(xiàng)研究中使用的底物（一種稱為烯烴的碳?xì)浠�合物）也是研究植物生物質(zhì)應(yīng)用的結(jié)果。原則上，從芒、高粱和甘蔗等作物中提取的脂肪酸可以轉(zhuǎn)化為烯烴，然后用來(lái)代替石油基底物，生產(chǎn)有價(jià)值的化合物。

通過(guò)將生物催化和光催化相結(jié)合，并對(duì)各種反應(yīng)性“成分”進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，本研究擴(kuò)展了ER酶的功能，最終合成了高價(jià)值、高含量的化合物。

光和酶的結(jié)合僅僅是一個(gè)開(kāi)始。

Huang說(shuō)：“我們絕不局限于制造手性羰基化合物。希望這項(xiàng)研究能啟發(fā)科學(xué)家們將幾種酶結(jié)合起來(lái)，探索新的反應(yīng)性選擇�！�

在未來(lái)，研究人員可以在這項(xiàng)研究的基礎(chǔ)上創(chuàng)建一個(gè)更加多樣化的產(chǎn)品組合——并進(jìn)一步擴(kuò)大酶的經(jīng)濟(jì)和環(huán)境效益。