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摘 要：研究小组通过将二氧化碳与生物质来源的化合物丙酮酸结合，使用脱碳酸苹果酸脱氢酶和富马酸水合酶两种生物催化剂，成功合成了不饱和聚酯树脂的原料——富马酸。目前，富马酸主要由石油衍生材料合成，用作生物可降解塑料——聚丁二酸丁二醇酯的原料。基于本研究成果，有望实现利用二氧化碳和生物质原料进行化合物合成。
关键字：二氧化碳转化、光能、高分子合成、富马酸、人工光合作用系统
使用生物催化剂从二氧化碳成功合成塑料原材料——富马酸。
有望高度再现自然光合作用，利用光能进行高分子合成。
全球变暖导致的环境问题日益突出，而二氧化碳等温室效应气体是造成全球变暖的主要原因。在以实现二氧化碳削减为目标而被广泛研究的人工光合作用领域，主流是将二氧化碳还原为一氧化碳和甲醇等单碳有用物质和有望用作燃料的物质。然而，在自然光合作用中，二氧化碳不会直接被还原，而是与有机化合物结合后，转换为葡萄糖和淀粉。
因此，如果能够模拟这种自然光合作用的过程，将需要削减的二氧化碳作为原料与有机化合物结合，转变成塑料制品等耐久性原材料，则可为二氧化碳削减作出贡献。例如，生物可降解高分子——聚丁二酸丁二醇酯的原料为富马酸（图1），其合成原料来源于石油，以二氧化碳和生物质来源化合物为原料的合成方法备受期待。
图1：以富马酸为原料的生物降解性高分子合成
本研究中，研究小组使用脱氢苹果酸脱氢酶（ME）将二氧化碳与生物质来源的化合物丙酮酸相结合，生成L-苹果酸。之后，使用富马酸水合酶（FUM），对L-苹果酸进行脱水反应，合成了富马酸（图2）。在25小时的反应中，约14%的丙酮酸转化为富马酸。
图2：通过将二氧化碳固定在丙酮酸上合成富马酸
ME：将二氧化碳与丙酮酸结合，催化L-苹果酸生成的酶
NADH：有助于ME发挥作用、具有还原作用的辅酶
NAD+：NADH被氧化后生成。和NADH相同具有氧化作用的辅酶
FUM：去除L-苹果酸的羟基（-OH），在碳和碳之间形成双键，催化富马酸生成的酶
作为对人工光合成技术的应用，研究小组已经开展利用光能的富马酸合成研究。如果本技术可以实现，将创造出新的人工光合作用系统，即利用光能以二氧化碳为原料合成高分子。
翻译：史海燕
审校：刘 翔
李 涵
统稿：李淑珊
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