氧化脫羧合成1-烯烴研究獲新進展

近日，揚州大學生物科學與技術學院教授王喜慶團隊在通過氧化脫羧合成1-烯烴方面取得重要研究進展，相關成果發表在美國化學期刊ACS Catalysis上。

1-烯烴作為一種理想的下一代能源物質與重要的化工原料，其合成方式受到廣泛關注。目前，1-烯烴主要通過傳統的石油工業產品乙烯聚合而成，但通過該方法只能得到偶數碳鏈長度的烯烴。近年來，以偶數碳鏈長度形式存在的可再生脂肪酸為底物，通過氧化脫羧直接獲得奇數碳鏈長度1-烯烴的方式成為科學家們關注的焦點，而且能填補聚乙烯工業在生產奇數碳鏈長度烯烴方面的空白。但脂肪酸氧化脫羧化學合成方法存在高能耗、高汙染等弊端，因此尋找一種環境友好、低能耗的催化方法成為一個亟待解決的問題。

近年來，包括王喜慶團隊在內的一些課題組開發了一批酶催化脂肪酸生成1-烯烴的系統，但這些系統普遍存在酶催化反應活性低的問題。

「基於野生型P450BSβ脂肪酸氧化脫羧的催化潛力與催化脂肪酸羥基化高效的催化效率，我們團隊從P450過氧化物酶的催化機制出發，通過調節P450BSβ催化過程當中底物自由基在接近化合物Ⅱ時『HO·反彈』和『脂肪酸自由基重排脫羧』的比率，提高催化過程中底物自由基『脫羧』的選擇性，進而實現對P450BSβ脂肪酸氧化脫羧能力的定向進化。」王喜慶介紹道，基於結構分析，他們選取了反應底物附近與催化過程相關的一些潛在位點，並利用迭代飽和突變進行了多輪篩選，成功將P450BSβ脂肪酸羥基化酶改造成為了以氧化脫羧為主的脂肪酸脫羧酶。

以C14脂肪酸為例，反應的轉換頻率（TOF）高達3744h-1，遠遠優於同類型的其他反應體系的反應速率，並將其能催化的底物範圍擴展到C6~C18鏈長的直鏈飽和脂肪酸與油酸、亞油酸不飽和脂肪酸，大大提高了該突變體的生產應用價值。此外，為克服過量的過氧化氫在反應體系中過度氧化產生酮類物質的弊端，該團隊在反應體系中引入了葡萄糖氧化酶提供過氧化氫的雙酶體系，為該反應緩慢、持續、溫和地提供過氧化氫，極大地降低了反應中酮類物質的生成，並進一步提高了1-烯烴合成的效率。

據了解，該研究開闢了烯烴在生物催化合成領域的新路徑，並進一步揭示了P450過氧化物酶家族成員之間可以相互轉化的關係，為P450過氧化物酶酶工程領域提出了一個新的思路。（來源：中國科學報 閆文藝 王之康）

相關論文信息：https://doi.org/10.1021/acscatal.0c04345

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