综述：面向（光）电催化辅因子再生的生物催化转化

《TRENDS IN Biotechnology》：Towards biocatalytic conversion driven by (photo)electrocatalytic cofactor regeneration

这篇综述重点介绍了Bachar等人开发的创新型生物电催化平台。该平台基于酶促生物阴极，可实现手性化合物的高效合成，并通过与半导体光阳极集成，构建了光驱动、无偏压的光生物电化学电池（PBEC）。该系统通用性强，适用于任何需要NADPH依赖酶的体内（in vivo）或体外（in vitro）过程，为绿色生物制造提供了新策略。

　　

创新平台：酶促生物阴极驱动的手性合成

在追求绿色可持续化学合成的道路上，生物催化因其高效、高选择性和环境友好性而备受关注。然而，许多关键的生物催化反应，尤其是那些由氧化还原酶催化的反应，严重依赖辅因子烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸（NADPH）的持续供应。辅因子再生难题一度限制了生物催化技术的广泛应用。近期，Bachar et al. 的研究取得了重要突破，他们开发了一种基于酶促生物阴极的生物电催化平台，专门用于高效合成手性化合物。该平台的核心在于利用电化学方法高效再生NADPH，从而驱动依赖NADPH的酶促反应，实现了手性分子的精准合成。

系统升级：构建无偏压的光生物电化学电池

更为巧妙的是，研究者并未止步于电催化。他们进一步将这一生物电催化系统与一个半导体基光阳极集成，成功构建了一个光驱动的、无需外部偏压的光生物电化学电池（Photobioelectrochemical Cell, PBEC）。在这一集成系统中，光阳极在光照下产生电子和空穴，空穴用于氧化水或其他底物，而产生的电子则通过外电路传递至生物阴极。在生物阴极上，这些电子在特定酶的催化下，高效地将氧化型辅因子NADP⁺还原为还原型辅因子NADPH，从而为后续的酶促合成反应提供源源不断的“能量货币”。

广泛应用：超越体外合成的潜力

该PBEC系统的显著优势在于其高度的通用性和适应性。研究指出，该系统原则上可适用于任何需要NADPH依赖酶的生物过程，无论是在体外（in vitro）进行精细化学品的合成，还是潜在应用于更为复杂的体内（in vivo）代谢工程改造。这为手性药物中间体、高值化学品以及通过合成生物学手段调控细胞代谢通路等领域，提供了一种清洁、可持续的新方法。这种光驱动与生物催化相结合的策略，代表了生物电化学和合成生物学交叉前沿的一个重要发展方向，为未来绿色生物制造开辟了新的可能性。