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把“二氧化碳”變成“糖”，中國(guó)科學(xué)家做到了！
作者：劉如楠 來(lái)源：中國(guó)科學(xué)報(bào)
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近日，中國(guó)科學(xué)院天津工業(yè)生物技術(shù)研究所成功構(gòu)建了靈活性、高效性及多功能性的人工生物系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了多種己糖從頭精準(zhǔn)合成，解決了糖分子立體結(jié)構(gòu)可控的難題，為擺脫自然合成途徑、利用二氧化碳創(chuàng)造多樣的糖世界提供了可能。相關(guān)研究成果于8月16日在《科學(xué)通報(bào)》雜志發(fā)表。
糖是人類生命活動(dòng)及日常生活中的重要物質(zhì),也是當(dāng)今工業(yè)生物制造的關(guān)鍵原材料，人類對(duì)糖的獲取主要依賴于植物類生物質(zhì)資源。己糖是在自然界廣泛分布、與機(jī)體營(yíng)養(yǎng)代謝最為密切的糖的統(tǒng)稱。
然而，傳統(tǒng)“二氧化碳-生物質(zhì)資源-糖”的加工過(guò)程，受植物光合作用能量轉(zhuǎn)換效率限制，且由于極端天氣和自然災(zāi)害，原料供應(yīng)存在安全風(fēng)險(xiǎn)。
天津工業(yè)生物所開(kāi)發(fā)了人工轉(zhuǎn)化二氧化碳從頭精準(zhǔn)合成糖技術(shù)，基于碳素縮合、異構(gòu)、脫磷等酶促反應(yīng)，與中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所合作，設(shè)計(jì)構(gòu)建化學(xué)-酶耦聯(lián)的非天然轉(zhuǎn)化途徑，工程化設(shè)計(jì)改造酶蛋白分子的催化特性，實(shí)現(xiàn)了精準(zhǔn)控制合成不同結(jié)構(gòu)與功能的己糖。
據(jù)了解，其碳轉(zhuǎn)化率高于傳統(tǒng)植物光合作用，同時(shí)高于現(xiàn)有化學(xué)法制糖以及電化學(xué)-生物學(xué)耦聯(lián)的人工制糖方法，是目前人工制糖路線中碳轉(zhuǎn)化效率的最高水平。與此同時(shí)，建立了可進(jìn)一步延伸糖產(chǎn)物種類和構(gòu)型的生物系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)人工創(chuàng)造糖分子多樣性。
“該研究是在二氧化碳合成淀粉基礎(chǔ)上的一個(gè)重大突破，顛覆了依賴糖生物質(zhì)資源轉(zhuǎn)化制備復(fù)雜糖分子的范式，提供了一種靈活的、可拓展的糖制造模式，可獲得自然界含量稀少的功能糖分子，從而拓展應(yīng)用范圍。”論文的第一作者、天津工業(yè)生物所副研究員楊建剛介紹。
楊建剛表示，由此所獲得糖可作為原料應(yīng)用于食品、醫(yī)藥等領(lǐng)域，還可作為工業(yè)生物制造關(guān)鍵原材料合成其他化學(xué)品。但距離工業(yè)化生產(chǎn)還有很長(zhǎng)的路要走，仍需要解決相關(guān)科學(xué)與工程技術(shù)問(wèn)題。
國(guó)際著名有機(jī)化學(xué)家、德國(guó)科學(xué)院院士Manfred T. Reetz評(píng)價(jià)道，將二氧化碳轉(zhuǎn)化為碳水化合物非常具有挑戰(zhàn)性，該研究提供了一種靈活性、多功能性和高效性糖合成路線，為綠色化學(xué)打開(kāi)了一扇門(mén)。
相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1016/j.scib.2023.08.023
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