宋宵因從吃到用瞭解酶52科學家合成了能消化木質素的酶

宋宵因從吃到用瞭解酶52生物酶再開一扇新能源的窗戶，科學家合成了能消化木質素的酶

木質素是自然界中僅次於纖維素的第二大生物質資源，全球每年產量約5000萬噸，其中農業種植殘留物中的木質素約佔10%~20%，森林植物的木質素佔20%~30%，來源廣，而且產量巨大。

但是，由於木質素的聚合度高，具有非晶態無序結構，除了直接燃燒，很難被人們當做能源利用。而且，在工業生產中，木質素不僅不能產生價值，還給其小夥伴纖維素的利用，帶來了巨大困擾。在造紙、纖維素乙醇等領域，要投入巨大的成本來去除木質素。

人們已經發現了能催化木質素反應的生物酶，但由於這些酶大規模生產成本高、在工業環境中使用壽命短，尚不能滿足木質素能源化的需求。

5月31日，華盛頓州立大學和能源部西北太平洋國家實驗室（PNNL）的一個研究小組在《自然》雜誌上發表了文章，他們人工合成的酶成功地分解了木質素。

該論文的通訊作者，華盛頓州立大學化學工程和生物工程學院的副教授張曉說，他們的合成酶被認為是一個突破，真正展現出降解木質素的前景。人們看到了開發新一類催化劑的機會，並能真正解決生物和化學催化劑的侷限性。

來自西北太平洋國家實驗室的另一位通訊作者陳春龍補充說，這是第一種仿自然的合成酶，現在已經證明其能有效的降解木質素，產生可用作生物燃料和化工生產的化合物。

張曉指出，要從微生物中提取出足夠數量的酶用於木質素燃料生產用途真的很困難。一旦分離出來，這些酶就變得非常脆弱，很容易失活。但是這些酶可以激發科研工作者創建出複製其基本原理的模型。張曉的研究團隊最近發表的一篇評論文章概述了應用木質素降解酶的挑戰和障礙。

研究人員用稱為peptoids的蛋白質類分子取代了環繞天然酶活性部位的肽。然後這些peptoids自我組裝成奈米級的結晶管和片。Peptoids模仿蛋白質的功能具有高穩定性，使科學家能夠解決天然酶的不足之處。在這種情況下，它們提供了高密度的活性位點，這在天然酶中是不可能得到的。

這些人工酶比天然生物酶更加穩定和強大，可以長時間在60℃的環境下工作，而不失活。

陳春龍指出，這項工作開闢了新的機會，這是在用一種環境無害的方法將木質素轉化為有價值的產品方面邁出的重要一步。

如果新的合成酶可以進一步改進，以提高轉化率，產生更多的選擇性產品，它有可能擴大到工業規模。該技術為航空生物燃料和生物基材料的可再生材料和其他領域提供了新的途徑和應用。

參考文獻：Reference： “Highly stable and tunable peptoid/hemin enzymatic mimetics with natural peroxidase-like activities” by Tengyue Jian， Yicheng Zhou， Peipei Wang， Wenchao Yang， Peng Mu， Xin Zhang， Xiao Zhang and Chun-Long Chen， 31 May 2022， Nature Communications。