A genetically encoded photosensitizer protein facilitates the rational design of a miniature photocatalytic CO2-reducing enzyme
A genetically encoded photosensitizer protein facilitates the rational design of a miniature photocatalytic CO2-reducing enzyme
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基因编码的光敏剂蛋白有助于合理设计微型光催化二氧化碳还原酶
DOI：
10.1038/s41557-018-0150-4
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发表时间：
2018-11
期刊：
影响因子：
21.8
通讯作者：
Jiangyun Wang
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Xiaohong Liu;Fuying Kang;Cheng Hu;Li Wang;Zhen Xu;D;an Zheng;Weimin Gong;Yi Lu;Yanhe Ma;Jiangyun Wang
光敏剂是利用光能将弱还原剂转化为强还原剂的物质，是天然和人工光合作用机制的重要组成部分。然而，已经证明难以通过基因工程增强和扩展它们的功能。在这里，我们报告了一个基因编码的，27 kDa的光敏蛋白（PSP），这有利于微型光催化CO2还原酶的合理设计。可见光有效地驱动PSP进入长寿命的三重激发态（PSP*），其与还原的烟酰胺腺嘌呤二核苷酸快速反应以产生超还原自由基（PSP·），其强度足以还原许多CO2还原催化剂。我们用X射线晶体学方法测定了PSP·在1.8 μ m分辨率下的三维结构。基因工程使镍-三联吡啶复合物的位点特异性连接和PSP的光化学性质的模块化优化，发色团/催化中心距离和催化中心微环境，最终在一个微型光催化CO2还原酶，具有CO2/CO转换量子效率为2.6%。
Photosensitizers, which harness light energy to upgrade weak reductants to strong reductants, are pivotal components of the natural and artificial photosynthesis machineries. However, it has proved difficult to enhance and expand their functions through genetic engineering. Here we report a genetically encoded, 27 kDa photosensitizer protein (PSP), which facilitates the rational design of miniature photocatalytic CO2-reducing enzymes. Visible light drives PSP efficiently into a long-lived triplet excited state (PSP*), which reacts rapidly with reduced nicotinamide adenine dinucleotide to generate a super-reducing radical (PSP•), which is strong enough to reduce many CO2-reducing catalysts. We determined the three-dimensional structure of PSP•at 1.8 Å resolution by X-ray crystallography. Genetic engineering enabled the site-specific attachment of a nickel–terpyridine complex and the modular optimization of the photochemical properties of PSP, the chromophore/catalytic centre distance and the catalytic centre microenvironment, which culminated in a miniature photocatalytic CO2-reducing enzyme that has a CO2/CO conversion quantum efficiency of 2.6%.
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DOI：
10.1002/anie.201607176
发表时间：
2016
期刊：
Angewandte Chemie International Edition
影响因子：
--
作者：
Li Han;Zhang Ming-Tian
通讯作者：
Zhang Ming-Tian
DOI：
--
发表时间：
--
期刊：
--
影响因子：
--
作者：
通讯作者：
--
DOI：
10.1126/science.aaa2424
发表时间：
2015-02-20
期刊：
Science (New York, N.Y.)
影响因子：
--
作者：
Pearson AD;Mills JH;Song Y;Nasertorabi F;Han GW;Baker D;Stevens RC;Schultz PG
通讯作者：
Schultz PG
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DOI：
10.1126/science.aah6219
发表时间：
2016-11-25
期刊：
Science (New York, N.Y.)
影响因子：
--
作者：
Kan SB;Lewis RD;Chen K;Arnold FH
通讯作者：
Arnold FH
DOI：
10.1126/science.1261172
发表时间：
2014-12-19
期刊：
Science (New York, N.Y.)
影响因子：
--
作者：
Joh NH;Wang T;Bhate MP;Acharya R;Wu Y;Grabe M;Hong M;Grigoryan G;DeGrado WF
通讯作者：
DeGrado WF