Page 13 - 《精细化工）》2023年第10期

第 10 期 史红玲，等: 二氧化碳还原用甲酸脱氢酶的研究进展 ·2091·

续表 1
K m/ Productivity/
–1
Source Type k cat/s Substrate Product Ref.
(mmol/L) (mmol/h)
①
+
Chaetomium thermophilum (Arg259Cys) NAD(P) 依赖型 0.09 ① 4.7 CO 2 和 HCO 3 – 甲酸盐 — [20]
— — — — —
②
②
①
+
Chaetomium thermophilum NAD(P) 依赖型 0.04 ① 8.4 CO 2 和 HCO 3 – 甲酸盐 — [20]
(Gly93His/Ile94Tyr/Arg259Cys) — — — — —
②
②
Clostridium carboxidivorans NAD(P) /金属辅因子 0.08 ① 0.05 CO 2 甲酸 — [21]
①
+
②
②
依赖型 — — — — —
①
+
Desulfovibrio desulfuricans NAD(P) /金属辅因子 46.6 ① 0.016 CO 2 和 H 2 甲酸盐 0.4 [22-23]
②
②
依赖型 543 0.057 甲酸钠 CO 2 —
①
①
+
Cupriavidus necator NAD(P) /金属辅因子 11 2.7 CO 2 甲酸 — [12]
②
②
依赖型 140 0.082 甲酸钠 CO 2 —
Rhodobacter capsulatus NAD(P) /金属辅因子 1.48 ① — CO 2 甲酸盐 — [24]
+
①
②
依赖型 36.48 ② 281 甲酸钠 CO 2 —
+
Escherichia coli NAD(P) /金属辅因子 1 8.3 CO 2 甲酸盐 — [25]
①
①
②
②
依赖型 4 — 甲酸钠 CO 2 —
①
+
Rhodobacter aestuarii NAD(P) /金属辅因子 0.81 ① — CO 2 和 HCO 3 – 甲酸盐 — [1]
②
依赖型 0.26 ② — 甲酸钠 CO 2 —
+
①
①
Syntrophobacter fumaroxidans NAD(P) /金属辅因子 500 — CO 2 甲酸盐 — [26]
②
依赖型 1500 ② — 甲酸钠 CO 2 —
①
+
①
Desulfovibrio vulgaris Hildenborough NAD(P) /金属辅因子 315 0.42 CO 2 甲酸盐 — [27]
②
依赖型 1310 ② 0.017 甲酸钠 CO 2 —
①
Clostridium ljundahlii NAD(P) /金属辅因子 0.73 ① 7.27 CO 2 甲醇 1.31 [28-30]
+
②
依赖型 14.77 ② 1.4 甲酸钠 CO 2 —
注：k cat 为催化常数，值越大，表示酶的催化效率越高；K m 为米氏常数，即反应速率达到最大反应速率一半时的底物浓度；
①CO 2 还原反应；②甲酸盐氧化反应；“—”代表文献中未给出数据。Thiobacillus sp.为硫杆菌；Candida boidinii 为布氏念珠菌；
Chaetomium thermophilum 为嗜热链球菌；Candida methylica 为甲基念珠菌；Myceliophthora thermophile 为嗜热菌丝体；Chaetomium
thermophilum 为嗜热毛壳菌；Clostridium carboxidivorans 为梭状芽孢杆菌；Desulfovibrio desulfuricans 为脱硫弧菌；Cupriavidus necator
铜绿假单胞菌；Rhodobacter capsulatus 为荚膜红杆菌；Escherichia coli 为大肠杆菌；Rhodobacter aestuarii 为埃斯图里红杆菌；
Syntrophobacter fumaroxidans 为富马酸合成杆菌；Desulfovibrio vulgaris Hildenborough 为希尔登伯勒普通硫弧菌；Clostridium ljundahlii
为艾氏梭状芽胞杆菌。Asn120Cys 为 120 位天冬酰胺突变为半胱氨酸，Asn256Asp 为 256 位天冬酰胺突变为天冬氨酸；Gly93His/Ile94Tyr
（G93H/I94Y）为 93、94 位甘氨酸、异亮氨酸分别突变为组氨酸、酪氨酸；Gly93His/Ile94Arg（G93H/I94R）为 93、94 位甘氨酸、
异亮氨酸分别突变为组氨酸、精氨酸；Arg259Cys（R259C）为 259 位精氨酸突变为半胱氨酸；Gly93His/Ile94Tyr/Arg259Cys
（G93H/I94Y/R259C）为 93、94、259 位甘氨酸、异亮氨酸、精氨酸分别突变为组氨酸、酪氨酸、半胱氨酸。

+
由表 1 可知，与 NAD(P) /金属辅因子依赖型 值高于 CO 2 还原的值，但是它催化 CO 2 还原的 K m
+
FDH 相比，NAD(P) 依赖型 FDH 对 CO 2 还原的催化 值显著低于其催化甲酸盐氧化的 K m 值，因此，其
效率相对较低。此外，FDH 催化甲酸盐氧化的效率 CO 2 还原的催化效率〔0.23 L/(mmols)〕是甲酸盐氧
通常高于其还原 CO 2 的效率。从 Candida boidinii 化效率〔0.04 L/(mmols)〕的 5.8 倍 [18] 。
+
+
中获得的 NAD 依赖型的 CbFDH 已被广泛用于各种 在 NAD(P) /金属辅因子依赖型 FDH 中，一些
光诱导 CO 2 还原制备甲酸的反应中，而 CbFDH 主 来自大肠杆菌、坏死杯状菌和脱硫弧菌等含金属辅
+
要通过 NAD 还原偶联的方式催化甲酸盐氧化生成 因子的 FDH，对 CO 2 还原的转化率没有对甲酸盐氧
[16] 。相比之下，CHOE 等 [16] 报道了一个来源于 化的转化率高 [12,22,24-25] 。但是，MIN 等 从 Rhodobacter
[1]
CO 2
Thiobacillus sp. KNK65MA 的 TsFDH 具有优异的催 aestuarii 中发现了一种新型含钼的 RaFDH，其对于
–1
化 CO 2 还原的活性，其对 CO 2 还原的催化效率 CO 2 还原和甲酸盐氧化的 k cat 值分别为 0.81 和 0.26 s ，
（k cat/K m 值，下同）为 0.035 L/(mmols)，而 CbFDH 表明该酶驱动的 CO 2 还原速率超过了该酶驱动甲酸盐
[1]
为 0.0005 L/(mmols)，是后者的 70 倍。分别用 TsFDH 氧化的速率 。1 个来源于 Syntrophobacter fumaroxidans
–1 [26]
和 CbFDH 催化 CO 2 气体制取甲酸盐，TsFDH 的甲 的 SfFDH 对 CO 2 还原表现出了较高 k cat 值（500 s ） 。
酸盐产率是 CbFDH 的 5.7 倍。序列和结构比较表明， ÇAKAR 等 [28] 报道了来源于 Clostridium ljundahlii 的
具有较高催化 CO 2 还原活性的 FDH 具有较长的 N- FDH（ClFDH），其在钨和钼的存在下，活性分别比不
末端和 C-末端 [16,31] 。此外，1 个来源于 Myceliophthora 含钨和钼的情况下提高了 2.8 倍和 5.6 倍。因此，ClFDH
+
可能是一种 NAD(P) / 金属辅因子依赖型酶。KUK 等 [29]
thermophile 的 MtFDH，尽管它催化甲酸盐氧化的 k cat