酶可以將樹木變成主要工業(yè)化學品的來源

研究植物細胞壁生物化學的科學家們發(fā)現(xiàn)了一種酶，可以將楊樹木轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)主要工業(yè)化學品的來源。這項剛剛發(fā)表在《自然植物》雜志上的研究可能會導致一種新的可持續(xù)途徑，用于在植物生物質(zhì)中制造“對羥基苯甲酸”，這是一種目前來自化石燃料的化學構件。

“對羥基苯甲酸是一種通用的化學原料。它可以作為制造液晶的基石、尼龍樹脂的增塑劑、熱敏紙的敏化劑以及制造對羥基苯甲酸酯、染料和顏料的原料，”美國植物生物化學家 Chang-Jun Liu 說。能源部布魯克海文國家實驗室和該論文的主要作者。

2020 年對羥基苯甲酸的全球市場價值為 5900 萬美元，預計到 2026 年將達到 8000 萬美元。但目前制造這種重要化學品的工藝依賴于石化產(chǎn)品。它的合成需要苛刻的反應條件(高溫和高壓)并且對環(huán)境有負面影響。尋找一種經(jīng)濟且可持續(xù)的方法在植物中制造對羥基苯甲酸有助于減輕對環(huán)境的影響并促進新興的生物經(jīng)濟。

“我們已經(jīng)確定了一種負責合成和積累對羥基苯甲酸 (pBA)——對羥基苯甲酸的共軛堿——在木質(zhì)素中的關鍵酶，木質(zhì)素是構成植物細胞周圍結構支撐的三種主要聚合物之一， ”劉說。“這一發(fā)現(xiàn)可能使我們能夠設計植物在它們的細胞壁中積累更多的這種化學成分，從而有可能為生物質(zhì)增加價值。”

生物燃料和生物制品

細胞壁由鏈狀聚合物——纖維素、半纖維素和木質(zhì)素——組成，它們是植物生物質(zhì)的主要來源。劉和其他科學家一直在探索構建這些植物聚合物的生化途徑。一個目標是了解如何改變聚合物的混合物，使將生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為生物燃料更容易、更具成本效益。

賦予植物結構完整性、機械強度和防水性的木質(zhì)素特別難以分解。但最近旨在生產(chǎn)纖維素乙醇的研究推動了技術進步和機會，以增加木質(zhì)素的用途和價值。

科學家們已經(jīng)知道，構成木質(zhì)素的構件通常具有各種化學基團，包括作為側鏈連接的 pBA。這些側基的確切功能是未知的。但劉的團隊有興趣探索它們對木質(zhì)素結構和性質(zhì)的影響。因此，他們著手發(fā)現(xiàn)負責將 pBA 附著到木質(zhì)素上的酶。

“如果我們能夠識別這種酶，然后控制產(chǎn)生這種酶的基因的表達，我們就可以有效地控制生物能源植物生物質(zhì)中 pBA 的水平，”劉說。

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