Page 11 - 《精细化工）》2023年第10期

第 40 卷第 10 期 精 细 化 工 Vol.40, No.10
2 023 年 10 月 FINE CHEMICALS Oct. 2023

综论
二氧化碳还原用甲酸脱氢酶的研究进展

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史红玲 1,2 ，王 瑶 ，袁书玮 ，姚伦广 ，唐存多 ，薛 闯
（1. 南阳师范学院 生命科学与农业工程学院，河南 南阳 473061；2. 大连理工大学 生物工程学院，辽
宁 大连 116024；3. 河南师范大学 化学化工学院，河南 新乡 453007）
摘要：CO 2 的还原和资源化利用是缓解温室效应的重要手段。生物催化剂对反应和底物具有高选择性，因此被
+
用于构建高效的 CO 2 还原系统。其中，甲酸脱氢酶（FDH），特别是某些烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（NAD ）依赖
型/金属辅因子（W 或 Mo）的甲酸脱氢酶，能够可逆地将 CO 2 还原成甲酸盐。该文首先介绍了甲酸脱氢酶的特
性及分类，其次综述了 CO 2 还原用甲酸脱氢酶的活性位点及催化机制、FDH 的分子改造、全细胞生物催化 CO 2
还原为甲酸盐的最新进展，为 CO 2 还原用生物催化剂的研究提供了启示，为以 CO 2 为原料构建可行的 CO 2 还原
系统来生产增值的燃料和化学品提供了理论基础。
关键词：甲酸脱氢酶；CO 2 还原；酶工程；全细胞催化；甲酸盐
中图分类号：X701；TQ426.97 文献标识码：A 文章编号：1003-5214 (2023) 10-2089-09

Advances in formate dehydrogenase for carbon dioxide reduction

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SHI Hongling , WANG Yao , YUAN Shuwei , YAO Lunguang ,
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TANG Cunduo , XUE Chuang
（1. College of Life Science and Agricultural Engineering, Nanyang Normal University, Nanyang 473061, Henan,
China; 2. School of Bioengineering, Dalian University of Technology, Dalian 116024, Liaoning, China; 3. School of
Chemistry and Chemical Engineering, Henan Normal University, Xinxiang 453007, Henan, China）
Abstract: The reduction and resource utilization of CO 2 are important means to alleviate greenhouse effects.
Biocatalysts, with high selectivity for reactions and substrates, are used to build efficient CO 2 reduction
systems. Among them, formate dehydrogenase (FDH), especially those β-nicotinamide adenine dinucleotide
+
(NAD )-dependent/metal cofactor (W or Mo) FDH are able to reversibly reduce CO 2 to formate. Herein, the
characteristics and classification of formate dehydrogenase were summarized. The active sites and catalytic
mechanism of formate dehydrogenase for CO 2 reduction, molecular modification of the enzyme, and the
latest progress in the whole-cell biocatalysis were discussed. The review provides a great enlightenment and
guidance for the future research of FDH for CO 2 reduction, as well as a theoretical basis for the construction
of feasible CO 2 refining systems with CO 2 as raw materials to produce value-added fuels and chemicals.
Key words: formate dehydrogenase; CO 2 reduction; enzyme engineering; whole cell catalysis; formate

[3]
自工业革命以来，热力发电、交通运输等行业 甲醇、乙醇等 。因此，将 CO 2 转化为燃料和化学
排放了大量的 CO 2 ，从而导致气候变化和全球变暖。 品为缓解全球变暖和促进可再生能源利用提供了一
[4]
为了降低大气 CO 2 水平，不仅实施了《巴黎气候协 种双赢战略 。
定》等法规，还开发了包括 CO 2 捕获、储存和利用 在过去的几十年里，人们对 CO 2 的转化进行了
在内的新技术 [1-2] 。CO 2 是一种廉价、丰富和可再生 深入的研究，包括化学转化、电化学转化和光化学
的碳原料，可用于燃料和化学品的合成，如甲酸、 转化 [5-7] 。然而，这些方法都存在各自的缺陷，阻碍

收稿日期：2022-12-15; 定用日期：2023-02-23; DOI: 10.13550/j.jxhg.20221145
基金项目： 国家自然科学基金项目（31900916）；河南省青年人才托举工程项目（2021HYTP036）；河南省高校科技创新人才（21HASTIT041）；
南阳师范学院青年项目（2023QN007）
作者简介：史红玲（1988—），女，博士生，E-mail：shihonglingwu2006@163.com。联系人：唐存多（1987—），男，副教授，硕士生导
师，E-mail：tcd530@nynu.edu.cn；薛 闯（1982—），男，教授，博士生导师，E-mail：xue.1@dlut.edu.cn。