重组酶 OleT-ELP 与 HMFO-ELP 联用：同步制备线性 α- 烯烃和 2,5 - 呋喃二甲酸的创新策略

为解决 OleT 受 H2O2干扰及催化效率低等问题，研究人员开展重组酶 OleT-ELP 与 HMFO-ELP 联用的研究。结果显示，联用可同步转化脂肪酸和 HMF，提高 α- 烯烃和 FDCA 产率。该研究为化学品合成提供新途径。

　　在当今追求可持续发展的时代，生物催化领域不断探索创新，旨在开发更加绿色、高效的合成方法。传统化学合成方法在制备一些重要化学品时，往往面临诸多挑战。就拿线性 α- 烯烃来说，它作为一类具有优异理化性质的烃类，在新燃料以及塑料 izers、lubricants、detergents 和 surfactants 等化学品合成中至关重要。然而，化学法生产 α- 烯烃常依赖过渡金属催化剂，还需高温条件，不仅成本高，对环境也不够友好。

与此同时，酶 OleT 虽能通过脂肪酸脱羧催化生成 α- 烯烃，却存在不少问题。一方面，当它与依赖 NADPH 或 NADH 作为电子供体的氧化还原酶偶联时，NADPH 和 NADH 价格昂贵，还需额外的辅因子循环过程；另一方面，OleT 可利用 H₂O₂作为氧化剂和电子源催化反应，但高浓度 H₂O₂会破坏其铁卟啉辅因子，导致酶活性中心的血红素漂白，降低催化效率。而且在长时间反应中，OleT 还会因长链脂肪酸的存在而聚集沉淀，进一步影响催化效果。

在这样的背景下，来自国内的研究人员决心攻克这些难题。他们开展了一项关于重组酶 OleT-ELP 与 HMFO-ELP 联用的研究，致力于同步制备线性 α- 烯烃和 2,5 - 呋喃二甲酸（2,5-furandicarboxylic acid，FDCA）。

该研究成果意义非凡。通过将 OleT 与弹性蛋白样多肽（elastin-like polypeptide，ELP）融合构建重组酶 OleT-ELP，显著提高了其稳定性和对 H₂O₂干扰的抗性，催化效率也大幅提升。同时，将 OleT-ELP 与同样重组的 5 - 羟甲基糠醛氧化酶（5-hydroxymethylfurfural oxidase，HMFO-ELP）联用，实现了脂肪酸和 5 - 羟甲基糠醛（5-hydroxymethylfurfural，HMF）的同步转化。HMFO-ELP 在催化 HMF 氧化生成 FDCA 的过程中，会产生副产物 H₂O₂，这些原位生成的 H₂O₂能持续转移给 OleT-ELP，既促进了 α- 烯烃的生成，又因减少了 H₂O₂对 HMFO-ELP 催化的副产物抑制作用，有利于 FDCA 的合成。这一研究成果为化学品的绿色合成开辟了新路径，有望在工业生产中得到广泛应用。该研究发表在《Enzyme and Microbial Technology》上。

研究人员在开展此项研究时，运用了多种关键技术方法。在酶的制备方面，利用基因工程技术将 OleT 和 HMFO 分别与 ELP 进行融合表达；稳定性分析时，采用测量荧光光谱的方法，通过用尿素作为变性剂处理 OleT-ELP，再用丙烯酰胺猝灭其内在荧光，以此来探究 OleT-ELP 的稳定性。

下面来看具体的研究结果：

• 稳定性分析：研究人员通过测量荧光光谱对重组 OleT（OleT-ELP）的稳定性展开研究。在测量前，将 OleT-ELP 与尿素进行孵育，尿素作为变性剂，而丙烯酰胺用于猝灭 OleT-ELP 的内在荧光。由于丙烯酰胺对内在 Trp 荧光的猝灭程度取决于 Trp 残基在溶液中的暴露程度，通过这一方法，研究人员得以分析 OleT-ELP 的稳定性变化情况。结果显示，相较于天然 OleT，OleT-ELP 对高浓度 H₂O₂具有更强的耐受性，稳定性得到显著提升。这表明将 OleT 与 ELP 融合的策略有效地改善了酶的稳定性，为后续的催化反应提供了更可靠的基础。
• 同步转化效果：研究发现，将 OleT-ELP 与 HMFO-ELP 联用，能够实现脂肪酸和 HMF 的同步转化。在这个过程中，HMFO-ELP 催化 HMF 氧化生成 FDCA，同时产生 H₂O₂作为副产物。而这些原位生成的 H₂O₂会持续转移到 OleT-ELP，为其催化脂肪酸脱羧生成 α- 烯烃提供所需的氧化剂和电子源。通过这种协同作用，不仅提高了 α- 烯烃的产率，还因减少了 H₂O₂对 HMFO-ELP 催化的抑制作用，使得 FDCA 的生成效率也得到提升。这一结果充分证明了两种重组酶联用策略在同步制备线性 α- 烯烃和 FDCA 方面的可行性和高效性。

研究结论表明，为克服 H₂O₂对 OleT 的负面影响，研究人员成功构建了重组酶 OleT-ELP，其在耐受性和催化效率上均优于天然 OleT。通过与 HMFO-ELP 联用，实现了原位生成 H₂O₂并持续供应给 OleT-ELP，有效推动了脂肪酸脱羧和 HMF 氧化反应的进行，同步制备出线性 α- 烯烃和 FDCA。

在讨论部分，研究人员进一步强调了该研究成果的重要意义。这种双重组酶联用的策略为生物催化领域提供了新的思路和方法，不仅解决了 OleT 在催化过程中面临的关键问题，还实现了两种重要化学品的同步合成，具有显著的绿色化学优势。然而，研究也存在一些局限性，例如在实际应用中，酶的大规模生产和成本控制可能还需要进一步优化。但总体而言，该研究为未来化学品的可持续合成提供了极具价值的参考，有望推动相关领域的进一步发展。