裂解多糖单加氧酶（LPMO）结构和功能探究是我组重要研究方向之一，前期我组已经挖掘获得了系列LPMO并揭示了底物结合新机制(INT. J. BIOL. MACROMOL., 2019; J. Phys. Chem. Lett., 2020），合作构建了基于AA10 LPMO的无机生物混合光电化学平台可用于α-甲壳素可持续转化(Appl. Catal. B., 2020)。近期我组与大连海事大学宗旭教授合作再次构建了基于AA9 LPMO的光电化学生物反应器。

LPMO是一类通过氧化裂解糖苷键，降解难溶性多糖的氧化酶，LPMO是铜依赖性氧化酶，在反应过程中，活性中心的二价铜离子首先被外源电子供体（即还原剂）还原，然后还原的LPMO与多糖底物结合，并使用（H₂O₂或O₂）作为共底物来裂解糖苷键。共底物和还原剂之间存在复杂的副反应为LPMO的催化机制探究提出了巨大的挑战。最近有研究表明， O₂和H₂O₂ 驱动LPMO催化机制的主要区别在于还原剂的作用。有研究人员通过间歇性定量添加还原剂探究还原剂在LPMO 催化中的作用。但是阶段性添加还原剂难以实现对还原剂的精准调控和实时监测。实时调控还原剂的量对于维持LPMO的良好活性具有重要的意义。然而针对LPMO催化中的还原剂的作用，目前仍缺乏有效的实时调控的方式。

我们采用新型 AA9 LPMO (MtLPMO9G) 构建了一个用于纤维素可持续降解的可调控的光电化学生物反应器。通过光电生物反应器中的光电开光控制还原剂的供应，证实了O₂驱动的LPMO催化中还原剂被持续地需要，H₂O₂驱动的LPMO催化中还原剂仅需要引发还原。通过合理调控还原剂和H₂O₂的供应实现了LPMO稳定高效地氧化裂解纤维素体系。间歇开/关照明有效避免副反应导致的还原剂耗尽和活性氧的积累。与常规通过添加外源电子供体相比，利用光-驱动生物反应器调控还原剂输出来实现多糖高效可持续降解具有更广阔的应用潜力。

相关研究成果将于近日发表在国际生物化工领域主流期刊Biochemical Engineering Journal（https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1369703X22002662），本组研究生高娃、大连海事大学博后张和峰为本论文的共同第一作者；本组尹恒研究员、大连海事大学宗旭教授为通讯作者。（文/图高娃）