摘要：三磷酸腺苷(adenosine triphosphate,ATP)是一种重要的辅助因子,参与许多需能的生物催化反应。多聚磷酸盐激酶(polyphosphate kinases,PPK)由于其底物聚磷酸盐廉价易得,可以为消耗ATP的反应提供能量。本研究选择哈氏噬纤维菌(Cytophaga hutchinsonii)来源的Ch PPK,进行了底物谱和耐受性分析,通过分子对接和定点突变,理性改造多聚磷酸盐激酶的双底物通道腔来提高PPK酶的催化活性。与野生型相比,筛选得到突变体Ch PPKK81H-K103V的相对酶活提高了326.7%,同时,双突变扩大了Ch PPK的底物利用范围与耐受性,提高了该酶的耐热性与耐碱性。基于该ATP再生系统,本研究偶联谷胱甘肽双功能酶GshAB和Ch PPKK81H-K103V,破细胞后采用无细胞催化生产谷胱甘肽,加入5 mmol/L ATP后,该体系6 h可以生产(25.4±1.9)mmol/L的谷胱甘肽,比突变前的催化体系提高了41.9%。优化无细胞催化体系的缓冲液、裂解液菌体量、补料时间后,无细胞体系可产生(45.2±1.8)mmol/L谷胱甘肽,底物L-半胱氨酸的转化率达到90.4%。提高Ch PPK生产ATP的能力,可有效增强底物的转化率,降低催化成本,实现了无细胞催化生产谷胱甘肽的高产量、高转化率与高经济价值的统一。本研究提供了一种绿色高效的ATP再生系统,可为消耗ATP的生物催化反应平台提供可持续动力。

摘要：二氧化碳等温室气体排放导致的全球气候变暖及相应的气候灾难日益严重,开发高效二氧化碳捕获和利用 技术迫在眉睫。利用生物制造技术固定二氧化碳是合成生物学工程科学的一个重要攻关方向,其中挖掘和组装无 细胞多酶分子机器赋能二氧化碳高值利用,由于背景清晰、调控相对简单、副反应少和产率高等优点,受到越来 越多的关注。近期,JamesC. Liao教授团队人工设计和开发了新型的多酶复合分子机器,建立了用于二氧化碳固 定的闭合循环反应-还原型乙醛酸-丙酮酸合成路径 (reductive glyoxylate-pyruvate synthesis cycle),可以理论上实现 2分子二氧化碳 (碳酸氢盐) 到 1分子乙醛酸的合成反应,并设计和尝试了反应过程中监控辅因子浓度以提高酶 稳定性的策略。本文基于设计和组装体外多酶分子机器,聚焦辅因子工程以及利用多酶分子机器固定二氧化碳所 面临的挑战等角度讨论这篇工作并简述作者的相关思考。