生物电催化辅因子再生与氧化还原活性水凝胶中的CO2固定相结合

　　【科研摘要】
　　二氧化碳 (CO2) 的可持续捕获和转化是实现循环碳经济的关键。生物电催化旨在使用可再生能源为高度特异性的二氧化碳直接转化为增值产品提供动力，有望实现这一目标。然而，CO2固定酶在用于立体化学复杂分子电合成的电极材料上的功能整合仍有待证明。最近， 慕尼黑工业大学 Nicolas Plumere教授 团队展示了通过依赖于 NADPH 的酶促还原羧化作用将 CO2 以电驱动的区域选择性和立体选择性掺入巴豆酰辅酶 A 中 。
　　铁氧还蛋白 NADP+还原酶和巴豆酰辅酶 A 羧化酶/还原酶在 2,2´-紫精修饰的 水凝胶中 的共固定化 使 NADPH 循环和立体选择性形成（2 S）-乙基丙二酰辅酶 A，一种面向多碳的前瞻性中间体来自 CO2的产物，法拉第效率为 92 ± 6 %，速率为 1.6 ± 0.4 µmol cm-2 h -1 。这种方法为未来实现更复杂的生物电催化级联开辟了道路。相关论文以题为 Bioelectrocatalytic cofactor regeneration coupled to CO2 fixation in a redox-active hydrogel for stereoselective C-C bond formation 发表在《Angewandte Chemie》上。
　　【主图导读】
　　图 1. 生物电催化 NAPDH 生成。
　　图 2. 通过还原羧化形成 C-C 键的生物电催化系统
　　【总结】
　　团队建立了一个生物电催化系统，通过调节还原电位的紫精基氧化还原水凝胶中的固定化 FNR 介导电子转移来回收 NADPH。我们表明，产生的 NADPH可以通过共固定的 Ccr 进一步用于将 CO2还原固定为巴豆酰辅酶 A。共同固定化的酶共同构成了一个电驱动的辅因子再生和耦合的 CO2 固定系统，用于以高速率形成立体选择性 (2S)-乙基丙二酰辅酶 A。我们的系统为电生物催化 CO2 固定到结构复杂的底物提供了原理证明，在 C-C 键形成过程中具有高度的区域和立体控制。总而言之， 生物混合系统促进了生物电化学 CO2 固定的作用，并代表了朝着 NADPH 依赖性酶的合成应用迈出的重要一步。通过额外的酶进一步扩展系统可能会实现更复杂的反应级联 ，并为开发先进的电化学驱动合成 C1 化学平台铺平道路。
　　参考文献 ：
　　doi.org/10.1002/anie.202103634
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