腺苷三磷酸（ATP）再生在體外生物合成途徑中至關重要。目前，多數體系采用底物水平磷酸化再生ATP，易造成無機磷積累，抑制催化反應過程。ATP合酶是生物體內光合磷酸化和氧化磷酸化過程中的關鍵酶，可催化腺苷二磷酸（ADP）和無機磷合成ATP，高效且無副產物積累。從催化機制上看，ATP合酶催化ATP的合成主要依靠跨膜的質子梯度，而質子梯度的產生是較多電化學池的固有特點。因此，將ATP合酶催化ATP合成的生物模塊和電催化的化學模塊相結合，利于發揮各模塊長處，實現電能驅動的ATP合成，形成與光合磷酸化和氧化磷酸化并列的第三種ATP合酶參與的磷酸化方式。
近期，中國科學院天津工業生物技術研究所研究員張玲玲帶領的酶電催化研究團隊，在電能驅動類囊體膜上的ATP合酶合成ATP方面取得進展。該工作提取了來源于菠菜Spinacia oleracea葉綠體基粒的類囊體組分。這一組分負載著葉綠體內大部分ATP合酶，其結構與脂質體囊狀單層膜結構類似。通過一步形態轉變反應，研究將基粒類囊體膜轉變成平面類囊體膜，并將其負載于電化學池中常用的質子交換膜全氟磺酸隔膜上，賦予全氟磺酸隔膜額外的生物活性。研究將該生物活性膜組裝在電解水體系中，通過平面類囊體膜的制備優化和電解條件優化，實現ATP合成與電化學反應的高效耦聯。研究顯示，在施加3 V電壓下，120 min內產生8.39±1.37 μM ATP，ATP合成速率最高可達15 nmol cm-2h-1，法拉第效率為0.19%。
上述研究為基于ATP合酶的ATP再生課題提供了新的能量轉化模式。
相關研究成果發表在《德國應用化學》上。研究工作得到國家自然科學基金、中國科學院穩定支持基礎研究領域青年團隊計劃、中國科學院戰略性先導科技專項等的支持。
論文鏈接
基于ATP合酶的ATP電合成及ATP合成體系示意圖
本文鏈接：電能驅動腺苷三磷酸合成研究獲進展http://www.sq15.cn/show-12-624-0.html
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