天主教大学全球首创耐氧金属生物催化剂

by Lim Chunhan

Published 02 Jul.2025 07:54(KST)

期待下一代生物技术应用

天主教大学于2日表示，该校生命工学系Kim Seokmin教授研究团队与蔚山科学技术院（UNIST）能源化学工学系Kim Yonghwan教授、首尔大学化学系Lee Hyeongho教授共同开展研究，世界首次开发出即使在空气中也能稳定运行的金属基生物催化剂。

Kim Seokmin 教授团队全球首次开发出耐氧金属基生物催化剂。天主教大学提供

能够在空气中运行的生物催化剂，有望大幅降低二氧化碳及一氧化碳转化工艺的工艺成本，因此被视为实现碳中和的核心技术。然而，现有的一氧化碳脱氢酶（Carbon Monoxide Dehydrogenase，CODH）对氧极为敏感，在产业化应用方面存在局限。

研究团队对包含金属簇（Ni-Fe-S）的CODH底物通道进行了精密设计和调控，通过双重阻断氧气渗入酶内部的通道，从而确保了其稳定性。

结构生物学分析（X射线晶体结构解析）结果显示，所开发的CODH变体即使在空气中（氧浓度20%）暴露24小时以上，其酶结构和金属簇仍然完全保持稳定，这一点在快照水平上得到了确认。

此外，所开发的CODH变体在电化学驱动的一氧化碳氧化反应中，即便在存在氧气的条件下也能保持反应活性，大幅改善了传统金属基生物催化剂对氧的敏感性（将氧抑制IC90约1μM的水平显著提升）。

尤其是，此次获得的变体相较于联合研究团队在2022年以《Nature Catalysis》（影响因子42.9）封面论文发表的耐氧生物催化剂（以IC90为标准提升49倍），在空气稳定性方面表现更为优异（以IC90为标准提升852倍），被评价为后续研究的重要进展。

本研究在科学技术信息通信部和韩国研究财团先导研究中心（ERC）项目及微塑料应对事业团（SMILE）的支持下完成，并于本月4日作为化学与生物化学领域世界权威期刊《Angewandte Chemie International Edition》（影响因子16.1，JCR=5.8%，Wiley-VCH）的封面（封底）论文发表。该论文被选为期刊内授予前10%值得关注研究的“Hot Paper”。