生物催化酶以溶剂为底物

化学工业中的大量应用依赖分子NADH或NADPH作为燃料。由波鸿鲁尔大学微生物生物技术工作组组长DirkTischler教授领导的团队使用生物催化剂详细研究了其生产。

研究人员证明，除了甲酸之外，生物催化剂甲酸脱氢酶还可以转化甲酰胺。一方面，这意味着该酶还可以裂解难以断裂的C-N键。另一方面，甲酰胺是一种常见的溶剂。

“这为难溶性NADH反应以及NADPH依赖性反应开辟了全新的可能性，”Tischler说。

研究人员于2024年1月26日在《ACSCatalysis》杂志上发表了他们的研究结果。

甲酸脱氢酶用于生物催化过程，通过将电子从底物上去除，使电子可用作进一步反应的燃料。在目前的应用中，底物是NAD+，产物是NADH。废物是CO2。

“在这种情况下，这是一件好事，因为它以气体形式逸出，因此可以防止所需的反应发生相反的情况，”蒂施勒解释道。

由于NADPH变体(多一个磷酸基团)通常需要作为一种产品，因此他的团队创建了生物催化剂的突变体，可将NADP+转化为所需的产品。

在研究甲酸脱氢酶时，研究人员意识到人们对生物催化剂的替代起始材料知之甚少。“我们研究了各种可能的底物(甲酸盐衍生物)，发现当它们被生物催化剂转化时，C-O键总是会断裂，”Tischler解释道。“这给了我们一个想法：如果这种酶也能裂解C-N键——传统上这是一项很难解决的任务，那会怎样呢?”

进一步的测试表明，该生物催化剂确实能够做到这一点：它还可以将甲酰胺(甲酸盐的衍生物)与其他化合物转化为氮，作为起始材料。由于甲酰胺是常见且廉价的溶剂，因此它们在此反应中既充当溶剂又充当底物。在这个星座中还可以提供NADH和NADPH。CO2在这些反应中也会作为废物产生，并且通过逸出可以防止反应倒退。

“这种反应以前从未被描述过，”蒂施勒说。他的团队表明，与使用甲酸盐的传统系统相比，使用甲酰胺作为NADPH形成的电子源可以达到相当甚至稍微更好的结果。

“这开辟了全新的可能性，因为我们更稳定的突变体在高达40%体积的甲酰胺中仍然具有活性，”研究人员说。