資訊 > 市場動態(tài) > 人工合成糖邁出關(guān)鍵一步 我國科學家實現(xiàn)從二氧化碳到糖的精準全合成
我國科學家在人工合成糖技術(shù)上邁出關(guān)鍵一步。日前從中國科學院天津工業(yè)生物技術(shù)研究所獲悉,該所成功構(gòu)建了靈活性、高效性及多功能性的人工生物系統(tǒng),實現(xiàn)了多種己糖從頭精準合成,解決了糖分子立體結(jié)構(gòu)可控的難題,為擺脫自然合成途徑、利用二氧化碳創(chuàng)造多樣的糖世界提供了可能。該研究成果是于8月16日發(fā)表在國內(nèi)期刊《科學通報》上。
此次研究成果由中國科學院天津工業(yè)生物技術(shù)研究所與大連化學物理研究所科研團隊歷時兩年多攻關(guān)完成。
糖是人類生命活動及日常生活中的重要物質(zhì),也是當今工業(yè)生物制造的關(guān)鍵原材料。己糖是在自然界廣泛分布、與機體營養(yǎng)代謝最為密切的糖的統(tǒng)稱。迄今為止,人類對糖的獲取主要依賴于植物類生物質(zhì)資源。然而,這種傳統(tǒng)的“二氧化碳-生物質(zhì)資源-糖”的加工過程,受到植物光合作用能量轉(zhuǎn)換效率限制;更重要的是,由于土地退化和短缺、生態(tài)系統(tǒng)退化、全球變暖導(dǎo)致的極端天氣和自然災(zāi)害,使依賴于糖類生物質(zhì)資源的生產(chǎn)方式面臨著原料供應(yīng)的安全和風險。
為解決這一系列問題,需要將傳統(tǒng)制糖過程向非糖類生物質(zhì)資源制造模式轉(zhuǎn)變。該研究成果則通過構(gòu)建靈活性、高效性及多功能性的人工生物系統(tǒng),提供了一種靈活的、可拓展的糖制造模式,并已經(jīng)獲得了自然界含量稀少的功能糖分子,實現(xiàn)了多種己糖從頭精準合成。
據(jù)研究人員介紹,他們開發(fā)的人工轉(zhuǎn)化二氧化碳從頭精準合成糖技術(shù),是基于碳素縮合、異構(gòu)、脫磷等酶促反應(yīng),設(shè)計構(gòu)建化學-酶耦聯(lián)的非天然轉(zhuǎn)化途徑,工程化設(shè)計改造酶蛋白分子的催化特性,實現(xiàn)了精準控制合成不同結(jié)構(gòu)與功能的己糖,其碳轉(zhuǎn)化率高于傳統(tǒng)植物光合作用,同時高于已報道的化學法制糖以及電化學-生物學耦聯(lián)的人工制糖方法,是目前人工制糖路線中碳轉(zhuǎn)化效率的最高水平。與此同時,建立了可進一步延伸糖產(chǎn)物種類和構(gòu)型的生物系統(tǒng),可實現(xiàn)人工創(chuàng)造糖分子多樣性。
值得一提的是,整套實驗反應(yīng)時長約為17小時,與通過種植甘蔗等農(nóng)作物提取糖分的傳統(tǒng)方式相比,糖的獲取時長實現(xiàn)了從“年”到“小時”的跨越。同時,此次糖合成的效率為0.67克每升每小時,比已知成果提高10倍以上。葡萄糖的碳固定合成效率達到每毫克催化劑每分鐘59.8納摩爾碳,是目前已知的國內(nèi)外人工制糖最高水平。
研究人員表示,這一成果所獲得糖不僅可作為原料應(yīng)用于食品、醫(yī)藥等領(lǐng)域,合成的葡萄糖等糖分子還可以作為工業(yè)生物制造關(guān)鍵原材料合成其他化學品,滿足人類其他物質(zhì)需求,從而為負碳物質(zhì)合成提供原料供給。
國際著名有機化學家、生物催化領(lǐng)域?qū)<摇⒌聡茖W院院士曼弗雷德·雷茨對該成果評價稱,將二氧化碳轉(zhuǎn)化為碳水化合物是一個特別有趣的想法,也是非常具有挑戰(zhàn)的。成果在這一競爭性研究領(lǐng)域取得了真正突破,提供了一種靈活性、多功能性和高效性糖合成路線,為綠色化學打開了一扇門。
“研究成果實現(xiàn)了人工精準合成己糖技術(shù)路線突破,但距離工業(yè)化生產(chǎn)還有很長的路要走,仍需要解決相關(guān)科學與工程技術(shù)問題?!?研究人員同時表示。
乙酸鉀是一種常見的鉀鹽化合物,化學式為KC2H3O2,因其良好的溶解性和穩(wěn)定性,被廣泛應(yīng)用于食品、醫(yī)藥、農(nóng)業(yè)和工業(yè)領(lǐng)域。乙酸鉀不僅作為重要的鉀元素來源,還具備調(diào)節(jié)酸堿、促進代謝等多種功能,深受各行業(yè)青睞。
乙酸鈣是一種重要的無機鈣鹽,化學式為Ca(C2H3O2)2。作為鈣元素的良好來源,乙酸鈣因其高溶解性和良好的生物利用率,廣泛應(yīng)用于食品、醫(yī)藥、農(nóng)業(yè)和工業(yè)領(lǐng)域。
丙酸鈣是一種常用的食品防腐劑,化學式為C6H10CaO4,是丙酸的鈣鹽。丙酸鈣因其良好的抗菌防霉性能、較高的安全性和廣泛的應(yīng)用范圍,成為食品加工、飼料添加以及醫(yī)藥等行業(yè)的重要原料。
丙酸鈉是一種廣泛使用的防腐劑,化學式為C3H5NaO2,屬于有機酸鈉鹽類。丙酸鈉以其優(yōu)異的抗菌和防霉性能,被廣泛應(yīng)用于食品加工、飼料工業(yè)、醫(yī)藥以及建筑材料等領(lǐng)域。
硫酸鎂是一種重要的無機鹽,化學式為MgSO?,常以七水合物形式存在,俗稱瀉鹽或苦鹽。硫酸鎂因其多種應(yīng)用價值和豐富的鎂元素,廣泛應(yīng)用于醫(yī)藥、農(nóng)業(yè)、工業(yè)及日常生活領(lǐng)域,成為現(xiàn)代生產(chǎn)和健康管理中不可或缺的礦物資源。
脫氫乙酸鈉是一種常用的食品防腐劑,化學式為C?H?NaO?。作為脫氫乙酸的鈉鹽,脫氫乙酸鈉具有良好的抗菌和防霉性能,廣泛應(yīng)用于食品、飲料、化妝品及醫(yī)藥行業(yè)。
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