在《自然》杂志上发表的一篇论文描述了由伊利诺伊大学厄本那-香槟分校化学与生物分子工程系(ChBE)和卡尔·R·沃斯基因组生物学研究所(IGB)的博士后研究员黄晓强(图)领导的一项研究。 。Huang在美国能源部资助的生物能源研究中心(BRC)的高级生物能源和生物产品创新中心(CABBI)的转换主题负责人赵慧敏教授的实验室工作。

催化剂是用于加速化学反应的物质。在生物体中，称为酶的蛋白质分子在称为生物催化的过程中催化反应。

生物催化作为合成有价值的化合物的细致，敏捷的方法正在迅速出现。科学家正在研究酶催化多种反应的能力，这有充分的理由：生物催化反应具有很高的选择性，这意味着科学家可以利用酶作用于特定的底物并生成目标产物。

酶促反应相对便宜，消耗能量低，对环境造成的破坏也非常可持续：化学催化剂通常需要有机溶剂，热量和高压才能发挥作用，而生物催化剂则在水溶液中工作，在室温和常压条件。

尽管它们对科学和可持续性具有价值，但酶的使用可能很复杂。酶可以催化的反应仅限于自然界中发现的那些酶。这意味着科学家经常要努力寻找完美的生物催化剂来满足他们的需求。

此过程类似于混合颜料：艺术家如何才能创造性地组合调色板上已有的颜色以产生正确的阴影?用化学反应的语言来说：科学家如何利用自然界中已经存在的酶来创造所需的产品?

该研究小组开发了一种解决方案：可见光诱导的反应，该反应使用酶家族的烯还原酶(ER)作为生物催化剂，并可以高产率生产有价值的手性羰基化合物。

“我们的解决方案可能被认为是“重新定位”。我们将自然界中存在的已知酶用于新的反应，”赵说。

换句话说，研究人员无需在调色板上添加新的涂料-他们发现了一种巧妙的方法来组合已经存在的涂料。

这些“重新设计的”酶促反应不仅在经济和环境方面都是有效的，而且是高度期望的：手性羰基化合物在制药工业中具有潜在的用途，可用于药物生产。

该团队的解决方案特别独特，因为它将生物催化与光催化结合在一起，其中光被用作一种新颖的光酶反应，其中光被用作活化能的可再生资源。

在研究过程中，研究人员测试了多种底物(即催化剂所作用的物质)，记录了ER酶对每种底物的反应性。该过程可与烘烤化学巧克力曲奇相媲美：通过保持恒定的光照水平并调整“成分”(即ER和底物)，该团队得以逐步进行所需的反应。