大阪公立大學(xué)人工光合研究中心天尾豐教授和該大學(xué)研究生院力學(xué)研究科研究生竹內(nèi)未佳組成的研究團(tuán)隊，讓源于生物質(zhì)的化合物丙酮酸與二氧化碳相結(jié)合，使用脫碳酸蘋果酸脫氫酶和富馬酸水合酶兩種生物催化劑，合成了不飽和聚酯樹脂原料“富馬酸”。

圖1.以富馬酸為原料的生物降解性高分子合成過程（供圖：大阪公立大學(xué)）

研究團(tuán)隊認(rèn)為，如果能模仿自然界利用太陽能將二氧化碳固定為葡萄糖的光合作用原理，將需要減排的二氧化碳作為原料，使其與有機(jī)化合物結(jié)合，轉(zhuǎn)變成塑料制品等耐用材料，就能為長期固定和減少二氧化碳做出貢獻(xiàn)。

為此，使用脫碳酸蘋果酸脫氫酶（ME）使二氧化碳與源于生物質(zhì)的化合物丙酮酸相結(jié)合，生成L-蘋果酸。然后，再通過使用富馬酸水合酶（FUM）使其與L-蘋果酸發(fā)生脫水反應(yīng)結(jié)合，合成了富馬酸，經(jīng)過25小時的反應(yīng)，大約14%的丙酮酸被轉(zhuǎn)化成為了富馬酸。

圖2：通過將二氧化碳固定為丙酮酸來合成富馬酸（供圖：大阪公立大學(xué)）。

ME：讓二氧化碳與丙酮酸結(jié)合催化產(chǎn)生L-蘋果酸的酶。
NADH：輔助ME，具有還原能力的輔酶。
NAD+：由NADH氧化形成。具有與NADH同樣的氧化能力的輔酶。
FUM：去除L-蘋果酸的羥基（-OH），與碳形成碳雙鍵，催化產(chǎn)生富馬酸的酶。

到目前為止，富馬酸是以生物降解塑料聚丁二酸丁二醇酯為原料經(jīng)由石油合成的，而通過本研究成果，今后將有望實現(xiàn)用二氧化碳和源于生物質(zhì)的化合物來合成。

天尾教授表示：“我們希望進(jìn)一步模仿自然界光合作用的原理，建立一個以二氧化碳為原料，利用光能合成富馬酸的系統(tǒng)，并進(jìn)一步將生成的富馬酸合成為生物降解性高分子。此外，自然光合作用中，可以以二氧化碳為原料合成淀粉高分子。，對此我一直有一個夢想，就是利用人工光合作用，從二氧化碳中合成出有用的可生物降解的高分子”。

原文：《科學(xué)新聞》

【論文信息】
雜志：Reaction Chemistry & Engineering
論文：Biocatalytic fumarate synthesis from pyruvate and CO2 as a feedstock
URL：doi.org/10.1039/D2RE00039C