换一批体外多酶组装与生物级联催化:进展与展望
Extracellular multi-enzyme assembly and biocatalytic cascade:advances and prospects
摘要在全球碳中和战略背景下,绿色生物制造正加速取代传统高污染、高能耗的化工生产方式.多酶级联反应(multi-enzyme cascade reaction,MECR)作为新一代生物催化平台技术,通过模块化酶网络实现"一锅式"高效转化,展现出卓越的原子经济性、显著降低的能耗以及突出的环境友好性.本综述明确聚焦于体外多酶级联催化系统(in vitro multi-enzyme systems),涵盖以下研究范畴:①体外多酶级联体系的定义;②体外多酶级联体系的分类;③体外多酶级联体系的相关技术及应用.系统解析了体外多酶组装与生物级联催化的分子机制与技术体系:基于反应拓扑学特征,提出四类级联模型(线性/趋同/平行/循环),阐明其动力学优势;突破性技术涵盖AI驱动的酶理性设计、纳米限域空间组织及光/电辅因子再生系统.通过智能适配设计理念,本文深入解析了跨尺度酶模块的拓扑优化与催化耦合机制,整合了计算流体力学建模、载体界面分子工程及微环境传质调控等关键技术.产业化实践表明,该技术已成功实现手性药物中间体、高值天然产物等的高效绿色合成,推动医药、材料等领域的工艺革新.展望未来,动态微环境精准适配、人工智能辅助的酶网络设计及连续流规模化制备等方向将引领技术发展,为绿色生物制造的产业化升级提供重要理论支撑与技术路径.
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关键词
多酶级联反应多酶组装生物级联催化绿色生物制造拓扑优化酶工程multi-enzyme cascade reactionmulti-enzyme assemblybio-catalytic cascadegreen biomanufacturingtopology optimizationenzyme engineering
分类号
Q814（酶工程）
栏目名称
DOI
10.12211/2096-8280.2025-056
发布时间
2025-09-15（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）
基金项目
杭州市农业与社会发展领域公益性科研引导项目（20241029Y103）
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