人工叶绿体可将二氧化碳转化为仅由光驱动的多碳分子

德国和法国的研究人员创造了人造叶绿体，它们利用光通过自然界中未发现的途径来驱动二氧化碳的固定。该方法可用于从环境中捕获二氧化碳并将其转化为有用的分子，例如燃料和药物。
【人工叶绿体可将二氧化碳转化为仅由光驱动的多碳分子】利用阳光模仿单个光合作用过程的工程材料和酶（例如水分解和二氧化碳固定）并不是什么新鲜事物。然而，重现植物细胞叶绿体的复杂性和效率，既可以收集光能，又可以利用它来进行多步合成，这是一个更大的挑战。
2016年，位于德国马尔堡的马克斯·普朗克陆地生物学研究所的Tobias Erb的实验室开发了一种人工固碳途径。该循环被称为Cetch（巴豆酰CoA /乙基丙二酰CoA /羟基丁酰CoA），使用一连串的天然酶和工程酶将二氧化碳转化为有机分子，并且比植物中的碳固定循环更有效。

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每个细胞大小的液滴都充当合成叶绿体。显微镜图像（上排）中可见的类囊体膜利用光产生NADPH（下排）和ATP，它们为固定二氧化碳的酶反应级联提供动力。资料来源：?Miller et al / 2020 Science
“我们的工作首次表明，您可以从单个零件和模块以微观规模实现替代的，自主的光合作用系统，从而使我们能够构建自然界尚未探索的”替代”生物解决方案，” Erb说。“据我们所知，这是将二氧化碳连续，多步转化为碳化合物的第一个证明。”
当Cetch酶进行CO 2还原化学反应时，反应的能源是从菠菜植物中借来的。研究人员从菠菜叶绿体中分离了类囊体膜，该类膜体将光转化为能量丰富的化合物，包括三磷酸腺苷。然后，研究小组使用微流控技术将这些膜与Cetch酶一起包裹在油包水微滴中。每个细胞大小的液滴都能够进行所有必要的反应，仅靠光来将CO 2转化为乙醇酸

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Cetch酶级联反应可将CO2还原为乙醇酸，所有这些都由类囊体膜的光收集能量源提供动力。资料来源：?Miller et al / 2020 Science
Erb解释说：“封装使我们能够生产成百上千个细胞大小的隔室，它们可以彼此独立地运行。” “这为标准化的具有催化活性的微反应隔室（或“人造细胞”）的批量生产开辟了道路，以适应未来不同的生物技术应用。
尽管以前已经证明Cetch比自然光合作用更有效，但将Cetch集成到人工叶绿体中却不足。Erb说进一步的优化应该可以改善这一点。
英国牛津大学研究合成生物学的哈根·贝利（Hagan Bayley）评论说：“将叶绿体膜包裹在微小的液滴中以推动二氧化碳的结合确实是一项巨大的进步。” “但是，以成本有效的方式扩大规模，例如用于合成高价值的药物，可能需要将整个体外系统移植到主力细胞中，这是作者认识到的重大挑战。”
文章来源：chemistryworld