光促酶催化反应设计及生物合成应用

张武元，袁 波，曲 戈，孙周通

(中国科学院 天津工业生物技术研究所国家合成生物技术创新中心，天津 300308)

得益于分子生物学、生物信息学、合成生物学、蛋白质工程与过程工程等学科及技术的快速发展，生物催化已成为一种在生物制药、生物能源、食品饲料与日化用品等领域中广泛使用的技术。生物催化可以改善化学反应过程的可持续性，弥补化学催化在原子经济性、区域/立体选择性、催化活性等方面的不足。当前用于生产化学品的方法过度依赖耗时、耗能和耗材的反应中间体的分离及纯化，导致大量三废排放及生产成本的增加。因此，必须通过整合符合新旧12条绿色化学准则的合成步骤来建立更清洁环保的化学品合成路线。大自然使用一种优雅而有效的策略，即利用光作为能量，并将其转换为化学能，后者随后被释放出来以促进生物体的活动。因此，光在驱动及调节生物催化反应方面的能力越来越受到重视。近些年，已报道在生物催化反应中引入光能的人工光促酶催化(photobiocatalysis)的设计与应用[1-2]。

光合作用是自然界存在最久远、反应类型最专一的复杂生物合成系统，能够利用光能将CO2和H2O转化为生命有机化合物，是生命得以延续的基础反应之一。师法自然并超越自然，基于人类社会与生命系统发展对新物质合成的迫切需求，人工设计光促生物催化反应顺应而生。已经有多种天然或人工光敏剂被引入到生物催化反应体系中，后者有望通过高效调控酶的活性来解决生物催化领域中长期存在的众多技术问题。……