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摘要：研究小组通过将多角体细胞内蛋白质结晶反应与基因工程方法相结合，合成了内包多种功能性分子的混合蛋白质结晶材料，由于不需要蛋白质纯化和材料固定化等繁琐的操作，研究小组表示，该研究成果有望成为新型固体催化材料。

关键词：人工光合作用、固体催化剂、蛋白质结晶材料、基因工程、混合材料

东京工业大学的研究小组利用细胞内蛋白质结晶反应，成功合成了混合具有CO₂还原活性的甲酸脱氢酶（FDH）和作为光敏剂的曙红Y（EY）的固体催化剂。

由于蛋白质结晶会形成多孔结构，因此可以将客体分子固定在内部。此前，金属簇、金属络合物催化剂、天然酶等已被固定在蛋白质结晶上。如果能实现在蛋白质结晶中封装多种功能性分子的混合材料，将有望获得广泛应用。

然而，目前的蛋白质结晶封装系统仅能封装低分子或进行单纯催化反应的酶，尚未充分研究其作为混合材料的可能性。

研究小组通过将多角体细胞内蛋白质结晶反应与基因工程方法相结合，合成了内包多种功能性分子的混合蛋白质结晶材料。

首先，在一个大肠杆菌细胞内，通过同时产生角体蛋白质和生物分子H1-FDH，成功地获得了自发形成的内包H1-FDH的多角体复合晶体（H1-FDH@PhC）。

接着，将复合晶体浸入到作为光敏剂的人工分子曙红Y（EY）的溶液中，将H1-FDH和EY都封装起来，成功制备出实现人工光合作用的混合固体催化剂（EY·H1-FDH@PhC）。

实现人工光合作用的混合型蛋白质结晶材料的合成方法

使用这种EY·H1-FDH@PhC混合固体催化剂，在NADH存在的情况下进行级联人工光合反应，结果发现在有光的情况下能够固定CO₂。

特别是导入了正电荷氨基酸变异的PhCd38-K58G/G60K/E63K变异体催化剂活性得到了提高，该变异形成了有利于FDH聚集的大细孔，使带负电荷的EY的结合变得稳定。在催化功能方面，与溶液中的FDH相比，在PhC中固定的FDH在甲酸氧化反应中显示出94%的催化活性。另外，结果还显示蛋白质结晶能显著提高内含FDH的再利用性。

此次成功开发出促进人工光合作用的混合固体催化剂。这种混合材料的创制使得纳米材料和人工光合作用领域的低环境负荷、高效率的合成战略成为可能。

由于不需要蛋白质纯化和材料固定化等繁琐的操作，研究小组表示，该研究成果有望成为新型固体催化材料。

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开发出半天然半人工固体光合作用材料