过程工程学报 ›› 2025, Vol. 25 ›› Issue (10): 995-1007.DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.224389
张智文1,2, 王国胜1, 彭小伟2*
Zhiwen ZHANG1,2, Guosheng WANG1, Xiaowei PENG2*
摘要: 耐氧一氧化碳脱氢酶(Carbon Monoxide Dehydrogenases, CODHs)包括好氧一氧化碳(CO)代谢菌中的CODHs及厌氧CO代谢菌中经改造后具备耐氧能力的CODHs。好氧CO代谢菌中的CODHs含有钼(Mo)和铜(Cu)金属辅助因子,缩写为Mo/Cu-CODHs。该酶可专一性催化CO氧化为二氧化碳(CO2),同时产生2个质子(H+)和2个电子(e-),且对O2不敏感。厌氧CO代谢菌中的CODHs含有镍(Ni)和铁(Fe)金属辅助因子,缩写为Ni/Fe-CODHs。大多数Ni/Fe-CODHs对O2敏感,虽有少数种类可轻微耐受O2,但其酶活较对O2敏感的Ni/Fe-CODHs更低。通过工程手段可提高高酶活Ni/Fe-CODHs的耐氧性,使其成为耐氧CODHs。耐氧CODHs不受环境O2浓度限制,在生物制造和电化学领域展现出重要的应用价值。本工作首先综述了Mo/Cu-CODHs的结构、功能及催化机制。Mo/Cu-CODHs由3个亚基(coxL, coxS, coxM)组成,CO氧化反应主要发生在L亚基的活性位点上。目前,该酶催化CO氧化机制已基本明确:CO首先与Cu相结合,随后受到Mo=O的O配体亲核攻击,进而形成五元环中间体,再通过硫代碳酸酯等一系列中间体的转化,最终释放CO2完成催化循环。此外,本工作还介绍了影响Ni/Fe-CODHs耐氧性的因素及提高耐氧性的改造方法,总结了耐氧CODHs异源表达与纯化的研究进展,梳理了该酶在生物转化合成化学品及体外催化应用方面的进展,并对其未来发展趋势进行了展望,为耐氧CODHs的进一步研究与开发提供参考。