[發明專利]一種將氣態二氧化碳轉化為氨基酸及其衍生物的方法

在審

• 申請號: 202211058308.2
• 申請日: 2022-08-30
• 公開（公告）號: CN116083498A
• 公開（公告）日: 2023-05-09
• 發明（設計）人: 曾安平;劉建明
• 申請（專利權）人: 西湖大學
• 主分類號: C12P13/04
• 分類號: C12P13/04;C12P13/06;C12P7/40
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 萬尾甜;韓介梅

本發明公開了一種將氣態二氧化碳轉化為氨基酸及其衍生物的方法，是在反應容器中構建反應體系，含有成分如下：Tris?HCl?pH?7.5或者MOPS緩沖液pH?7.5，四氫葉酸、二硫蘇糖醇、碳一底物、磷酸吡哆醛、銨鹽、H蛋白突變體、P蛋白、T蛋白；向上述反應體系中直接通入含二氧化碳的氣體進行反應，制得氨基酸及其衍生物。本發明方法通過組裝高效的體外催化反應機器，可以實現遠遠優于體內生物法固定二氧化碳的效率；此外通過帶壓反應容器與體外催化機器的組合，有助于增加氣體二氧化碳在液體中的溶解度，可促進氣體二氧化碳到氨基酸的高效合成。此外，采用本發明的方法不需要NADH的參與，不需要ATP的添加，可以極大的降低成本，便于較大規模上固定氣態的二氧化碳。

技術領域

本發明屬于固碳方法技術領域，涉及一種對氣態二氧化碳的固定方法，尤其涉及一種將氣態二氧化碳轉化為氨基酸及其衍生物的方法。

背景技術

要達成該目標需要迫切的發展綠色低碳經濟體系(如能源轉型)，大力減少二氧化碳的排放，同時需要開發高效經濟的二氧化碳捕獲和資源化利用技術。依賴生物制造技術固定二氧化碳是開發二氧化碳利用技術的重要組成部分。

生物體直接利用氣態二氧化碳有兩種模式，一是植物、微生物體內固碳，二是構建體外無細胞多酶分子機器固碳。其中無細胞多酶催化體系，由于自己獨特的優勢：包括代謝路徑清晰，擺脫細胞生長及內部復雜的調控網絡；反應速度快，減少物質跨膜運輸瓶頸；可操作性強，有助于聚焦對生物固碳途徑(包括人工設計組裝的全新二氧化碳固定途徑)本身的驗證和鑒定；易于挖掘高效的固碳元件等，受到了越來越多的關注。無細胞多酶分子機器固碳比較代表性的案例：1)德國馬克斯·普朗克研究所Tobias?Erb教授團隊設計的巴豆酰輔酶A/乙基丙二酰輔酶A/羥基丁酰輔酶A(crotonyl-CoA/ethylmalonyl-CoA/hydroxybutyryl-CoA，CETCH)循環，CETCH循環由不同來源的17個酶組成，將二氧化碳轉變成乙醛酸，它的固碳速率是5nmol/min/mg蛋白；2)中國科學院天津工業生物技術研究所馬延和研究員團隊構建的人工淀粉合成途徑(the?artificial?starch?anabolic?pathway,ASAP)，二氧化碳首先通過電催化轉變成甲醇或甲酸，然后通過后續的多酶(13個酶)級聯催化反應合成淀粉，固碳效率達到了22nmol/min/mg蛋白；3)中國科學院微生物研究所李寅研究員團隊設計了僅含4步酶反應的固碳循環POAP(Pyruvate?carboxylase-Oxaloacetateacetylhydrolase-Acetate?CoA?ligase-Pyruvate:ferredoxin?oxidoreductase)，實現了2分子碳到1分子草酸的合成，并且固碳效率達到了8nmol/min/mg蛋白(表1)。但是POAP循環需要厭氧環境，而且循環需要消耗大量的輔因子：ATP，NADPH和鐵氧還原蛋白，限制了POAP循環的規模應用；4)James?C.Liao教授團隊(原美國加利福尼亞大學洛杉磯分校)建立了還原型乙醛酸-丙酮酸合成路徑(reductive?glyoxylate-pyruvate?synthesis?cycle，rGPS-MCG)，可以實現2分子碳酸氫鹽到1分子乙醛酸的合成反應，固碳速率可以達到28nmol/min/mg蛋白,雖然rGPS-MCG路徑表現出良好的二氧化碳固定優勢，但是整個反應體系面臨著很多的問題。首先，rGPS-MCG反應路徑魯棒性和穩定性差，反應體系需要嚴格控制輔因子和多種反應底物的濃度。而且，在即便存在自動監測條件下，多種酶易失活和不穩定，需要每隔半小時補充新鮮的酶制劑；5)最近，原漢堡工業大學曾安平教授團隊利用可逆甘氨酸裂解體系(the?reverse?glycine?cleavage?system,rGCS)，利用甲醛和碳酸氫鹽為底物，實現了甘氨酸的合成。

表1?體外人工合成固碳途徑性能比較