人工設計光敏蛋白實現二氧化碳光催化還原

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　　 中科院生物物理所研究員王江云課題組，設計出一種可以基因編碼的光敏蛋白質，成功模擬了天然光合作用系統吸收光能，催化CO2的還原的功能，有望成為一種高功效還原劑，應用于太陽能轉化、光生物學、環境修復和工業生物學等多個方面。這一研究成果于11月5日發表于《自然.化學》（Nature Chemistry）。

　　“如何利用過量排放的co2使其重新循環成為穩定的、可存儲的、高能量的化學物質”，從而變廢為寶，將污染轉化為能源等可再利用的物質，成為當代生物學家們非常感興趣的科學問題。受植物光合作用有效利用co2的啟發，科學家們紛紛模擬植物的光合作用，希望解決能源問題以及過量的CO2造成污染的問題。

　　然而，上帝的機巧讓科學家們費盡腦汁，扔不能達到愿望。在模擬植物光合作用的道路上，

　　上帝設置了3大障礙。“自然光合作用系統由復雜的膜蛋白亞基和多種輔酶組成，給研究和實際應用帶來了不便； 光合系統中產生的還原分子NAD(P)H由于還原力較低，不能直接用于還原CO2；相比化學小分子催化劑，天然光合作用系統的CO2還原效率相對低下。”

　　王江云深知其中的艱難。

　　為跨過這3道坎，王江云課題組用合成生物學方法，開發出基因編碼的人工光合作用系統，使其兼具天然光系統和化學小分子催化劑的優勢。因為課題組在前期研究中發現，熒光蛋白受光激發后，其發色團可以生成具有高還原活性的物種。在獲得了光敏蛋白后，再在其表面特定位點，引入了一種小分子——三聯吡啶鎳配合物。這種雜合蛋白質便具有在光照條件下還原CO2生成CO的活性，于是，一種高效的還原劑——光敏蛋白催化劑就此產生。

　　王江云介紹，這種全新的光敏蛋白催化劑無重金屬，引入各種生物體很便利，若合理的設計或定向進化就可以顯著擴展。因此，這種光敏蛋白催化劑具有多種潛在應用前景。在理論上，這種人工設計的光合蛋白質不僅可以為研究挑戰性的化學轉化提供新思路，也為進化具有非天然光催化活性的人工生命體提供了研究基礎。

　　“這項研究在是在國家重點研發計劃、自然科學基金和中科院前沿項目資助下完成的”。王江云最后表示。