《科学通报》
开博时间：2019-09-06 16:50:00《科学通报》是主要报道自然科学各学科基础理论和应用研究方面具有创新性、高水平和重要意义的研究成果。报道及时快速，文章可读性强，力求在比较宽泛的学术领域产生深刻影响。
用光驱动辅因子让酶催化反应可持续
2021-03-08 18:09:00最近，《科学通报》在线发表了天津大学化工学院宋浩课题组撰写的评述文章《基于辅因子的光驱动酶催化复合体系》。文章介绍了基于不同辅因子的光驱动酶催化复合体系，并概述了光直接激发辅因子驱动酶催化的反应体系，在此基础上对未来的发展进行展望。
酶催化具有反应条件温和、环境友好、产物特异性高等优点，是一种公认的绿色、高效的化学品合成方法，已经广泛用于多种化学品的合成。氧化还原酶作为一种最大类别的生物酶，承担着许多重要合成反应，例如羰基的不对称还原、C−H键的氧化、C=C键的环氧化、Baeyer-Villiger氧化和脱羧等反应。
然而氧化还原酶在催化反应时需要相应的辅因子参与，常用的辅因子包括烟酰胺腺嘌呤二核苷酸辅因子，即烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(NADH)或其磷酸化形式(NADPH)，以及黄素辅因子，即黄素二磷酸腺苷酸(FAD)或黄素单核苷酸(FMN)。
但是这些辅因子的成本较高且稳定性低，因此如何高效原位再生辅因子，进而持续驱动酶催化反应、降低反应成本，是酶催化反应体系中亟需解决的问题。
针对此问题，科学家开发出了多种辅因子再生的方法，包括酶再生法、化学再生法、电化学再生法和光驱动再生法。其中，光驱动再生辅因子是一种可以利用光敏材料捕获并利用清洁、可持续的太阳能，实现高效率、快速率驱动辅因子原位再生的方法。将其与酶催化体系耦合起来，可以利用光能持续驱动酶催化反应，使酶催化更加环境友好、可持续。
基于烟酰胺基辅因子再生的光驱动酶催化复合体系示意图
上述基于辅酶的光驱动酶催化复合体系，其机理是模拟自然界中的光合作用，体系包括电子供体、光敏剂、辅因子、生物催化剂。
光敏剂在受到光激发后价带上的电子被激发跃迁到导带上产生光生电子，价带上产生电子空穴，电子空穴被电子供体淬灭，光生电子随后直接传递给氧化态辅因子或电子介体，催化辅因子的还原。辅因子会参与到酶催化反应中，驱动反应进行，同时被氧化成为氧化态。氧化后的辅因子可再次被光敏材料还原，进而持续驱动反应的进行。
此外，辅因子本身也可以作为光敏剂，在光和电子供体的驱动下转化为还原态或激发态，随后驱动酶催化反应。
本文根据不同种类的辅因子，分别总结了基于不同辅因子的光驱动酶催化复合体系中的研究进展。
同时，辅因子本身作为一种光敏剂，可以直接受到光激发产生电子并驱动酶催化反应。这种新型的光驱动酶催化体系避免了其他光敏剂对酶活性的影响，简化了体系，并且利用光激发辅因子可以改变酶的催化功能，扩大酶的催化范围。
文章的最后一部分介绍了这种光激发辅因子的光-酶体系，并对机理进行了概述与讨论。
文/周一诺, 杨楠, 田瑶
本文来自《科学通报》
