高效固碳工程：改良型磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶(CsPEPCC886R)的活性与稳定性突破

研究人员针对生物固碳效率提升需求，通过蛋白质工程改造大麻(Cannabis sativa)来源的磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶(PEPC)，获得活性提升2倍(249.2 U mg–1)、稳定性增强31倍的突变体CsPEPCC886R，其体外270分钟可生成116.8 mM草酰乙酸，为碳中和生物合成提供高效催化剂。

　　

环境中的过量CO₂清除亟需高效碳封存技术，其中生物炭固碳法表现突出。为满足生物固碳领域对高代谢通量的需求，科学家将目光聚焦于磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶(PEPC)的改造。这项研究首次鉴定出大麻(Cannabis sativa)来源的高活性CsPEPC，但其热稳定性较差——50℃下半衰期仅13分钟。

研究团队创新性地整合分子动力学模拟、FoldX能量计算和PROSS预测系统，筛选出关键突变体CsPEPC^C886R。这个"超级酶"不仅活性翻倍(达249.2 U mg^–1)，稳定性更提升5倍。添加25%甘油作为蛋白质稳定剂后，其半衰期惊人地延长31倍至2178分钟，相当于从"短跑选手"蜕变为"马拉松健将"。体外实验显示，优化后的酶在270分钟内可高效合成116.8 mM草酰乙酸——这是三羧酸循环的重要中间体。

这项突破使得CsPEPC^C886R的总转化数达到1.44×10⁵ mol mol^–1，为构建碳中性生物合成通路提供了强有力的分子工具。就像给植物"安装"了高性能的二氧化碳捕集器，该技术有望显著提升碳同化效率，助力实现"双碳"战略目标。