在《自然》雜志上發表的一篇論文描述了由伊利諾伊大學厄本那-香檳分?；瘜W與生物分子工程系(ChBE)和卡爾·R·沃斯基因組生物學研究所(IGB)的博士后研究員黃曉強(圖)領導的一項研究。 。Huang在美國能源部資助的生物能源研究中心(BRC)的高級生物能源和生物產品創新中心(CABBI)的轉換主題負責人趙慧敏教授的實驗室工作。

催化劑是用于加速化學反應的物質。在生物體中，稱為酶的蛋白質分子在稱為生物催化的過程中催化反應。

生物催化作為合成有價值的化合物的細致，敏捷的方法正在迅速出現?？茖W家正在研究酶催化多種反應的能力，這有充分的理由：生物催化反應具有很高的選擇性，這意味著科學家可以利用酶作用于特定的底物并生成目標產物。

酶促反應相對便宜，消耗能量低，對環境造成的破壞也非?？沙掷m：化學催化劑通常需要有機溶劑，熱量和高壓才能發揮作用，而生物催化劑則在水溶液中工作，在室溫和常壓條件。

盡管它們對科學和可持續性具有價值，但酶的使用可能很復雜。酶可以催化的反應僅限于自然界中發現的那些酶。這意味著科學家經常要努力尋找完美的生物催化劑來滿足他們的需求。

此過程類似于混合顏料：藝術家如何才能創造性地組合調色板上已有的顏色以產生正確的陰影?用化學反應的語言來說：科學家如何利用自然界中已經存在的酶來創造所需的產品?

該研究小組開發了一種解決方案：可見光誘導的反應，該反應使用酶家族的烯還原酶(ER)作為生物催化劑，并可以高產率生產有價值的手性羰基化合物。

“我們的解決方案可能被認為是“重新定位”。我們將自然界中存在的已知酶用于新的反應，”趙說。

換句話說，研究人員無需在調色板上添加新的涂料-他們發現了一種巧妙的方法來組合已經存在的涂料。

這些“重新設計的”酶促反應不僅在經濟和環境方面都是有效的，而且是高度期望的：手性羰基化合物在制藥工業中具有潛在的用途，可用于藥物生產。

該團隊的解決方案特別獨特，因為它將生物催化與光催化結合在一起，其中光被用作一種新穎的光酶反應，其中光被用作活化能的可再生資源。

在研究過程中，研究人員測試了多種底物(即催化劑所作用的物質)，記錄了ER酶對每種底物的反應性。該過程可與烘烤化學巧克力曲奇相媲美：通過保持恒定的光照水平并調整“成分”(即ER和底物)，該團隊得以逐步進行所需的反應。