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摘要：研究小组使用从名为氧化葡萄糖酸杆菌的乙酸菌中提取的的乙醇脱氢酶（ADH）和乙醛脱氢酶（ALDH），实现了高功率、高效率的生物电化学级联反应；同时研制出可同时获得电能和生产乙酸的生物燃料电池，输出功率是此前报道的10倍以上，乙醇向乙酸转化的电解效率达到100±4%。

关键词：生物乙醇、生物电化学级联反应、生物燃料电池、乙酸菌、酶

以100%的电解效率燃烧生物乙醇

——利用生物和数理的力量开发生物催化的二级级联反应

研究小组使用从名为氧化葡萄糖酸杆菌（Gluconobacter oxydans）的乙酸菌中提取的的乙醇脱氢酶（ADH）和乙醛脱氢酶（ALDH），实现了高功率、高效率的生物电化学级联反应。

ADH和ALDH是构成乙酸菌呼吸链电子传递系统的酶，可作为将生物乙醇转化为能量的催化剂。这两种酶具有可以与电极直接进行电子转移的特征，能实现优异的物质-能量转化（副反应风险低且电解效率高）。

此次，研究人员开展了低温电子显微镜观察和单粒子像解析，分别以2.5 Å（埃）和2.7 Å的分辨率对ADH和ALDH成功进行了结构解析。另外，根据该分析结果，设计了最佳的酶-电极反应场，在同一反应场中同时运用两种酶的构想，实现了乙醇→乙醛→乙酸的两级氧化反应。此外，基于数理模型优化了该级联反应的效率，研制出可同时获得电能和生产乙酸的生物燃料电池。该电池的输出功率是此前报道的10倍以上，而且乙醇向乙酸转化的电解效率达到100±4%，表现出卓越的性能。

本研究成果作为一种采用生物催化剂的新型生物乙醇利用技术，有望在学术和社会上带来影响。

乙醇脱氢酶ADH和乙醛脱氢酶ALDH的生物电化学级联反应

研究者评论

“氧化还原酶有数万种，为了能够催化多种多样的生物反应，经历了数百万年的进化。我认为利用这种自然界的优良生物材料可以加速绿色创新，以实现可持续的低碳社会。今后，我们将继续进行可能带来巨大学术性和社会性影响的酶研究，致力于研究成果的社会化应用。”

“对于人类面临的能源问题，我认为仿生技术将带来重大突破。特别是关于能够实现DET型反应的酶的基础研究，对于构建可持续的未来社会，无论在学术上还是在社会上都具有重大意义。通过利用自然创造出的高度催化功能，实现对人类和地球有益的创新性技术，并将研究成果应用于社会。”

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