德国科学家已经开发出一种吸收空气中二氧化碳的有效方法

尽管各种各样能够产生酶将二氧化碳转化成有机化合物的生物体的，仍然没有人已经能够使用此功能SO转换₂为生物燃料或可再生来源生产有价值的化学物质。大气中二氧化碳浓度过高是一个严重的问题，但一些科学家认为这是一个机会。

来自德国马堡马克斯·普朗克学会地球微生物研究所的一组研究人员开发了一种新型高效的植物CO ₂处理方法。它基于一种新的碳结合酶。由于这个原因，该过程可以比以前快2-3倍。

植物和藻类可以很好地减少大气中的二氧化碳含量。他们每年在全球范围内消耗约3,500亿吨CO ₂。几乎所有工厂都使用相同的化学过程（称为加尔文循环）的一系列化学反应来进行此操作。

卡尔文循环是一组分子转化，其中CO ₂分子的三个简单原子缓慢转化为葡萄糖（复合糖）。这种方法可以通过进化很好地调试，但是科学家们找到了一种改进方法。


卡尔文循环的成功完成取决于特定的分子工具- 核糖二磷酸羧化酶（RuBisCO）-一种从大气中捕获CO ₂并形成大分子以开始转化的酶。问题在于RuBisCO的执行速度相对较慢。此外，RuBisCO每固定五次尝试固定CO ₂会导致卡尔文循环中碳的损失，并降低光合作用的效率。

由托比亚斯·埃尔布（Tobias Erb）领导的生物化学家开发了一种体外加碳循环，该循环在许多方面都类似于加尔文循环。新方法的主要区别在于，它使用了更快，更有效的分子工具-ECR酶，其作用与RuBisCO相同，仅快9倍。 Erb将此过程称为CETCH周期。除了ECR酶外，科学家还对来自9种不同生物的16种催化剂进行了测序和合成，用于CETCH循环。

CETCH循环将空气中的CO ₂转化为乙醛酸分11个步骤。在每个阶段，都需要一种能够转化分子的酶。这些酶均从4万种已知催化剂中精心选择。其中一些是在人体和肠道细菌中发现的，其他则是从生活在海洋中的植物和微生物中提取的。

Erb和他的同事在他们的实验室中测试了CETCH周期。他们将所有提取的催化剂与一定量的化学燃料混合在一起，并计算出从空气中去除了多少二氧化碳。他们发现，在植物和藻类中，其循环效率比加尔文循环高25％。 CETCH以每毫克蛋白质每分钟5 nmol CO ₂的速率将二氧化碳转化为有机分子。

在体外成功恢复合成酶网络（可与自然循环竞争）的鼓舞下，Erb立即使用CETCH技术打开了几扇门。如果将合成酶引入活生物体，CETCH循环将支持自然光合作用。最后，它还可以作为细菌和藻类系统中自足，完全合成的碳代谢发展的动力。

Erb指出，在此阶段很难预测合成的CETCH与在生物体中起作用的加尔文循环相比有多快。但是，由于它经过的步骤更少并且其酶更快，因此科学家希望其加速达到两到三倍。最终，它可能比加尔文周期稍慢。科学家还不确定这一点。

尽管在CETCH循环中产生的乙醛酸酯本身在很大程度上是无用的，但它很容易转化为另一种适合生产生物燃料或抗生素的化学品。

科学家希望有一天，可以使用基因工程方法将CETCH循环引入活生物体。但是，这是一项非常艰巨的任务，对此解决方案必须进行大量研究。埃布（Erb）的团队现在不知道如果将其周期置于活细胞系统内会发生什么。

“试想一下，科学家能够创造出类似人造树叶或任何其他混合系统的东西，在这些系统中，光伏太阳能电池板可以为生活在其中的藻类和细菌提供能量。然后，通过CETCH循环，它们可以吸收二氧化碳并产生有益的化学物质，” Tobias Erb说。

现在，整个化学工业的基础是化石燃料的使用。塑料和纺织品，机械和抗生素-所有这些都是产生大量二氧化碳排放的。化学生产不会给地球增加新的排放负担，而是可以积极应对气候变化，利用CO ₂产生健康的产品。

该科研成果发表在2016年11月18日的《科学》杂志上
DOI：10.1126 / science.aah5237

Source: https://habr.com/ru/post/zh-CN399203/