丽江乐投letou生物报路：目前，，，，，，，若何利用和模拟光合作用的高光合效能来驱动拥有挑战性的化学转化是目前的钻研热点。。。。。。。来自中科院生物物理所的钻研人员颁发了题为“A genetically encoded photosensitizer protein facilitates the rational design of a miniature photocatalytic CO2 reducing enzyme” 的钻研文章。。。。。。。文中报路了该课题组设计的一种能够基因编码的光敏蛋白质，，，，，，，成功模拟了天然光合作用系统吸收光能，，，，，，，催化二氧化碳还原的职能。。。。。。。

这一钻研成就颁布在Nature Chemistry上，，，，，，，由中国科学院生物物理钻研所王江云课题组实现。。。。。。。

近年来，，，，，，，若何将太阳能转换为化学能已经成为化学及生物学钻研领域的沉点问题。。。。。。。9月19日，，，，，，，中国科学院院长、中科院院士白春礼等在《焦耳》杂志发文，，，，，，，提出在化石燃料枯竭的将来，，，，，，，“液态阳光”可能是解决问题的关键，，，，，，，而实现液态阳光的关键在于利用丰硕的太阳能，，，，，，，将能源利用过程中产生的过量排放的二氧化碳沉新循环转化为不变、可存储、高能量的化学物质。。。。。。。植物的光合作用系统作为一种天然的解决规划，，，，，，，因其清洁，，，，，，，自组装，，，，，，，可持续和高效的光致电荷分离效能蹬着势受到宽泛关注。。。。。。。

目前，，，，，，，若何利用和模拟光合作用的高光合效能来驱动拥有挑战性的化学转化是目前的钻研热点。。。。。。。然而，，，，，，，影响该领域发展的技术挑战及钻研难点在于：1、天然光合作用系统由复杂的膜蛋白亚基和多种辅酶组成，，，，，，，这给钻研和现实利用带来了不便；；；；；2、 光合系统中产生的还原分子NAD(P)H由于还原力较低不能直接用于还原CO2；；；；；3、相比化学幼分子催化剂，，，，，，，天然光合作用系统的二氧化碳还原效能相对低下。。。。。。。

为解决这些问题，，，，，，，王江云课题组多年来一向致力于利用合成生物学步骤，，，，，，，开发基因编码的人为光合作用系统，，，，，，，使其兼具天然光系统和化学幼分子催化剂的优势。。。。。。。这种人为设计的光合蛋白质不仅可以为钻研挑战性的化学转化提供新思路，，，，，，，也为进化拥有非天然光催化活性的人为性命体提供钻研基础。。。。。。。

该钻研组的前期钻研发现，，，，，，，仅有约27kD的荧光蛋白拥有刷新为类似天然光系统的光合蛋白质的潜能。。。。。。。首先，，，，，，，钻研发现荧光蛋白受光引发后，，，，，，，其发色团能够天生拥有高还原活性的物种，，，，，，，这种中央体能够高效能的向位于蛋白质beta折叠桶表的电子受体传递电子。。。。。。。

另一方面，，，，，，，利用基因密码子扩大技术，，，，，，，能够特异性的插入非天然氨基酸取代原组成发色团的酪氨酸。。。。。。。这使得钻研人员能够理性设计荧光蛋白的荧光发色团化学结构，，，，，，，优化其吸收光谱，，，，，，，引发态寿命，，，，，，，自由基还原电势等一系列光化学性质。。。。。。。（Angew. Chem. Intl. Ed. 2012, 51, 10261-5；；；；；Angew. Chem. Intl. Ed. 2013, 52, 4805-9；；；；；J. Am. Chem. Soc. 2014, 136 , 13094-7；；；；；J. Am. Chem. Soc., 2015,137,7270-3）

设计基于荧光蛋白突变体的高效二氧化碳光还原蛋白质的主题问题在于若何耽搁其发色团受引发后所天生的还原性中央态的寿命，，，，，，，降低它的还原电势。。。。。。。在本文中，，，，，，，钻研团队选择了一种带有二苯甲酮取代基的酪氨酸类似物（BpA）来刷新发色团。。。。。。。二苯甲酮是一种有机光催化中常用的光敏剂。。。。。。。当它受到肯定波长的光照射时，，，，，，，其引发态以近100%的效能系间穿越为寿命较长的三沉态。。。。。。。这种三沉态进而和就义还原剂反映天生高活性的自由基态，，，，，，，催化下游氧化还原反映。。。。。。。唬唬；；诿苈胱永┐蟛街璨迦隑Pa刷新荧光蛋白的发色团后，，，，，，，其新天生的光敏蛋白（PSP）保留了这种个性。。。。。。。瞬态吸收光谱的钻研批注，，，，，，，受光引发后，，，，，，，Bpa组成的新发色团能够险些全数转化为三沉态；；；；；在有和生物有关就义还原剂的存鄙人，，，，，，，三沉态中央体急剧氧化就义还原剂从而天生自由基态。。。。。。。该自由基被蛋白质骨架保唬唬；；ぃ，，，，，因而在没有氧气存在的前提下能够不变存在10分钟以上。。。。。。。晶体结构衍射显示，，，，，，，PSP处于自由基状态时其发色团出现出越发扩大的共平面构象，，，，，，，这与紫表-可见吸收光谱检测得到的红移吸收了局一致。。。。。。。

另一方面，，，，，，，合成的含有BpA发色团幼分子的电化学分析批注，，，，，，，所天生的自由基态拥有靠近-1.5V的还原电势。。。。。。。这不仅满足了还原CO2的需要，，，，，，，也低于已知的天然生物还原剂。。。。。。。

在获得了该光敏蛋白后，，，，，，，钻研人员进一步利用化学生物学步骤在PSP蛋白表表特定位点引入了一种幼分子CO2电化学还原催化剂三联吡啶镍共同物。。。。。。。这种杂合蛋白质拥有在光照前提下还原二氧化碳天生一氧化碳的活性，，，，，，，光量子产率为2.6%，，，，，，，高于大部门已报路的CO2光还原催化剂。。。。。。。这说了然基于蛋白质自组装个性所带来的电子传递优化和活性的提高。。。。。。。该光敏蛋白催化剂拥有以下优势：

1、无沉金属；；；；；2、能够很容易地引入各类生物体；；；；；3、通过合理的设计或定向进化有显著的扩大能力。。。。。。。因而，，，，，，，PSP可能潜在地光敏华多种挑战性的化学转化，，，，，，，涉及的领域多样，，，，，，，诸如太阳能转化、光生物学、环境建复和工业生物学等。。。。。。。

原文标题：

A genetically encoded photosensitizer protein facilitates the rational design of a miniature photocatalytic CO2 reducing enzyme

https://www.nature.com/articles/s41557-018-0150-4