8种酶“一锅”催化 高效绿色合成尼龙单体

 
 
8种酶“一锅”催化 高效绿色合成尼龙单体  
 

尼龙是一种应用很是遍及的合成纤维，尼龙种类较多，个中尼龙66是最重要的一种。尼龙66的主要原料之一己二酸属于二元羧酸类尼龙单体，其合成主要依赖高污染、高能耗的多步调化学氧化进程。

湖北大学生命科学学院、省部共建生物催化与酶工程国度重点尝试室李爱涛传授团队，设计了一条全新的人工生物合成途径，通过理性设计微生物菌群催化体系，操作氛围中的氧为氧化剂，在水溶液中把环烷烃或环烷醇转化为相应的二元羧酸尼龙单体。这一研究成就有望办理困扰科学界和家产界数近半个世纪的困难，相关论文《理性设计大肠杆菌菌群催化环烷烃一锅法合成尼龙单体α, ω-二元羧酸》10月7日在线颁发在《自然·通讯》上。

化学法合成尼龙单体，污染情况受制约 

尼龙是聚酰胺的俗称，是世界上呈现的第一种合成纤维，它的合成不只是纤维合成家产的重大打破，同时也是高分子化学的一个很是重要里程碑。 

尼龙的种类较多，凭据单体的布局可以分为脂肪族、芬芳族以及脂肪-芬芳族尼龙，个中脂肪族尼龙中的尼龙66是最重要的一种，被大量遍及地应用到浩瀚干系国计民生的重要规模，如纺织打扮、医药卫生、农业食品、物流运输及军事国防等。

“尼龙66是由己二酸与己二胺缩合制得，而己二酸作为个中主要的单体，其合成主要依赖高污染、高能耗的多步调化学氧化进程。”李爱涛先容，该进程需要利用大量腐化性的硝酸，同时发生大量的NO、N2O等有害温室气体(约占全球10%N2O)，带来诸多的情况问题，好比全球气候变暖、臭氧空洞等，因此严重制约着尼龙66财富的成长。

针对上述问题，近几十年来，科学家们一直在摸索该类尼龙单体高效、绿色的新合成要领与工艺。譬喻，近期德国阿尔伯特-爱因斯坦大学的马蒂亚斯·贝勒传授团队在《科学》杂志上颁发了文章，报道了一种不需要硝酸，就可以出产己二酸的全新工艺，即回收钯金属催化体系实现了丁二烯双羰基化一步制己二酸酯。然而，该体系仍存在必然的范围性，好比催化剂不变性差、本钱高以及贵金属接纳坚苦等，限制了其进一步的家产化应用。 

用便宜酶催化，高效绿色合成尼龙单体 

跟着合成生物技能的成长，人工设计的多酶级联催化，可以将多种具有差异催化活性的酶催化剂放在同一个回响体系中，在温和且情况友好的条件下将便宜易得的原料，通过一锅多步法合成人类需要的高附加值产物。

另外，假如直接操作表达多种酶的细胞作为催化剂，在体内催化方针回响，可以制止酶的疏散纯化以及昂贵辅酶的添加，从而大大低落出产本钱。基于这些原因，从新设计细胞催化剂实现体内方针级联催化回响得到了遍及的存眷。

而将该要领用于己二酸的合成，有望办理困扰科学界和家产界数近几十年来的困难。

为了实现上述方针，李爱涛团队从新设计了一条含8个酶的生物合成途径，期望在同一个回响体系中颠末级联催化把环己烷转化为己二酸。

接下来，研究人员实验将8种酶在同一个细胞中举办表达来构建细胞催化剂，发明由于细胞承担太重，某些酶在细胞内的表达量很低，导致整个回响的催化效率很差。为了办理上述问题，研究人员将8种酶分手到三种大肠杆菌中举办表达，首先得到三种具有差异催化成果的细胞催化剂， 再将三种细胞举办组合得到菌群催化剂。通过任务分工、团队协作的方法，最终实现了环己烷到己二酸的高效绿色合成。