植物酶的新功能将引领绿色化学的发展

该发现可能会激发更好的工业催化剂的发展

美国能源部布鲁克海文国家实验室的科学家发现了一种植物酶的新功能，该功能可能会对新型化学催化剂的设计产生影响。该酶催化或引发合成多种有机分子所需的基础化学反应之一，这些有机分子包括在润滑剂，化妆品中发现的那些以及用作制造塑料原料的那些有机分子。

负责这项研究的布鲁克海文实验室生物化学家约翰·尚克林说：“这种酶可以激发一种新的'绿色'化学形式。” “也许我们可以使这种生物分子适应化，从而在植物中制造有用的化学物质，或者将其用作设计新的以生物为灵感的催化剂的基础，以取代目前使用的更昂贵，有毒的催化剂。”

Shanklin和他的团队在《植物生理学》杂志上发表了一篇描述该研究的论文。

该团队在对植物油脱饱和酶的持续研究过程中发现了这一发现。这些去饱和酶将氢原子从烃链中特定的相邻碳原子上剥离，并在这些碳原子之间插入双键。尚克林（Shanklin）的研究小组此前曾创建了具有饱和酶特性的三重突变型去饱和酶，他们正在分别研究这三个突变，以观察每个突变的作用。

事实证明，两种单突变酶可去除相邻碳原子之间的双键，并向每个碳添加一个“ OH”（羟基）以产生具有两个相邻羟基的脂肪酸。

包含这种相邻OH基团的脂肪酸（称为二醇）是制造润滑剂的重要化学成分，例如使热机保持平稳运转的那些脂肪酸。它们也可以转换成用于制造塑料或其他日用品的构件。

尚克林说：“二元醇确实是重要的工业化学品，但在实验室中人工制造它们是有问题的。”

他指出，用于该反应的最佳工业催化剂是昂贵，高挥发性和有毒的。

另一个问题是，二醇的形式不同，化学家很难制成单一的纯净形式。

尚克林说：“我们发现的酶突变体自然形成单一形式，因此无需进一步处理或浪费就可以使用。”

追踪两个OH基团中氧原子的起源，发现它们都来自相同的氧分子（O2）。在反应过程中能够从单个O2分子转移两个氧原子的能力，称为“双加氧酶”化学反应，对于“双铁”酶（一个在其活性位点具有两个铁原子的酶）来说是令人惊讶的。

尚克林说：“以前没有关于二价铁酶的报道。 “我们必须进行一些技术上具有挑战性的实验，以提供毫无争议的证据证明这确实在发生，如果没有埃德·惠特尔（Ed Whittle）的创造力和坚韧性，我们将无法完成这项研究。”

该论文的主要作者惠特尔（现已从布鲁克海文实验室退休）已经在尚克林实验室努力研究了这个项目，以期确定这一重要的新发现。

研究小组的下一个目标是在国家同步加速器光源II（NSLS-II）上使用X射线获得这种酶的晶体结构，该信号是美国能源部科学办公室布鲁克海文实验室的用户设施。

“我们将与计算化学同事共享该结构信息，以弄清楚这种催化剂如何发生这种前所未有的化学反应的细节。”

这项工作可以帮助团队学习如何控制实验室制造的催化剂的配置，以模仿植物衍生的催化剂。

尚克林说：“如果我们能够将我们学到的知识整合到工业催化剂的设计中，这些反应可以生产出纯度更高的产品，浪费更少，并且避免使用有毒化学物质。”

原文链接：https://www.bnl.gov/newsroom/news.php?a=116936

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