Ein Forschungsteam hat eine photoenzymatische Kaskade entwickelt und gebaut, indem es die photochemische Wasseroxidation/O2-Reduktion mit der Katalyse von P450-Peroxygenase kombiniert hat, um eine effiziente, durch sichtbares Licht angetriebene Oxidation einer Reihe von Fettsäuren (C12-C20) zu erreichen, die zur Produktion von α-Alkenen und Hydroxylfettsäuren führt.
Seit mehr als einem Jahrhundert werden Kraftstoffe und Oleochemikalien auf chemischem Wege aus reichlich vorhandenen biologischen Ölen oder Fettsäuren hergestellt, und die moderne Biotechnologie beschleunigt nun die Fortschritte in der Fettsäurechemie.
In den letzten Jahren hat sich die enzymatische Synthese als effektive Methode zur Herstellung hochwertiger Chemikalien aus erneuerbaren Fettsäuren herausgestellt. Es ist jedoch eine Herausforderung, ein ganzheitliches katalytisches System zu entwickeln, das für die effiziente Umwandlung der natürlich vorkommenden Fettsäuren nur Licht, Wasser und Sauerstoff benötigt.
Das von ihnen entwickelte photobiokatalytische System erfordert keine herkömmlichen Opferreagenzien oder Stabilisatoren mehr, und die Umwandlung von natürlich vorkommenden Fettsäuren in Mehrwertprodukte kann bequem durch die Verwendung von zwei Katalysatoren erreicht werden: Wasser, Luft und Licht. Dieser „grüne“ Prozess ergab eine vielversprechende TON von > 15.000 für P450BSβ und P450BSβ-DC und ermöglichte die Produktion von α-Olefinen im Grammmaßstab.
Dies stellt das bislang effizienteste H2O2-Versorgungssystem zur Unterstützung der katalytischen Aktivität von P450-Peroxygenasen dar. Darüber hinaus stellt ihre erfolgreiche Etablierung des COF-TfpBpy/P450-Peroxygenase-Hybridsystems ein neues Beispiel für die Nutzung von Sonnenenergie zur Förderung enzymatischer Umwandlungen dar und bietet eine neue und vielversprechende Anwendung für COFs.
Angesichts der Einfachheit, Produktivität und Wiederverwendbarkeit des Photokatalysators COF-TfpBpy sowie der Skalierbarkeit der etablierten Kaskade gehen sie davon aus, dass nach weiterer Optimierung und Entwicklung eine katalytisch effizientere, umweltfreundlichere, nachhaltigere und kostengünstigere Kaskadenreaktion für die großtechnische Bioproduktion von 1-Alkenen und Hydroxyfettsäuren aus reichlich vorhandenen Fettsäuresubstraten verfügbar sein wird.
Die Studie ist veröffentlicht im Journal Wissenschafts-Bulletin.
Diese Studie wurde von Prof. Dr. Shengying Li (State Key Laboratory of Microbial Technology, Shandong University) und Ass. Prof. Dr. Biaobiao Zhang (School of Science, Westlake University) geleitet.
Mehr Informationen:
Yuanyuan Jiang et al., Photoenzymatische Synthese von 1-Alkenen und Hydroxylfettsäuren durch Kaskadierung eines COF-Photokatalysators und P450-Peroxygenasen, Wissenschafts-Bulletin (2024). DOI: 10.1016/j.scib.2024.04.069