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生物能源研究的发现为新碳氢化合物的生产铺平了道路

脂肪酸是一种富含绿叶蔬菜和鱼类的化合物,具有抗氧化和抗炎作用。如今,脂肪酸作为生物能源生产的原材料也被广泛应用。

五大湖生物能源研究中心的科学家们对一种被称为呋喃脂肪酸的长链脂肪酸十分着迷,因为它可以替代燃料、发动机润滑油、药品和食品添加剂等以石油为基础的产品。现在,威斯康辛-麦迪逊大学的GLBRC合作者团队描述了细菌和其他细胞产生呋喃脂肪酸的途径。

与其他脂肪酸类似,呋喃脂肪酸(FuFAs)存在于形成细胞边界的细胞膜中。这些脂肪酸就像一个油质过滤器,保护细胞内部免受外部环境的影响。它们还可以作为化学信使,告诉细胞何时出现毒素或应激状态。

FuFAs是一类特殊的脂肪酸,对生物燃料科学家有着广泛的吸引力,因为一个氧原子附着在碳氢化合物链的中间。

FuFAs的化学成分可以帮助细菌细胞抵抗细胞膜上的损伤。“FuFAs中的氧原子也让生物燃料和其他行业对它感兴趣,”GLBRC高级研究专家Rachelle Lemke说。她领导了一项关于FuFA生产的研究,最近发表在《生物化学杂志》上。“把氧气看作打火机,它可以帮助点燃燃料中所有其他分子来燃烧。fufa的链长也使它成为发动机和其他设备的潜在润滑剂。”

Lemke之前在探索球形Rhodobacter spheroides细菌在暴露于一种叫做单线态氧的超活性氧分子时死亡的原因时发现了FuFAs。作为威斯康辛大学麦迪逊分校细菌学教授、GLBRC主任Tim Donohue的研究生,Lemke最初发现,除非FuFAs存在,否则单线态氧可以杀死R. spheroides。尽管如此,他们仍然缺乏这些重要脂肪酸是如何形成的信息。

在他们的新研究中,Lemke和一个由GLBRC研究人员组成的团队确认了这种细菌和其他细菌产生FuFAs的步骤。该团队的发现揭示了之前未识别的最终转化为FuFA的中间分子。他们还发现,酶可以向富发链中添加氧气,同时用甲基修饰环,甲基是形成燃料的化学成分。

Lemke和Donohue实验室与威斯康星大学麦迪逊分校的GLBRC化学家合作,使用高分辨率质谱和核磁共振成像收集中间分子的生化特征。这些生化特征,如指纹,可以与已知分子的碎片进行比较,从而提供身份的最终证明。

“如果它们看起来一样,我们知道它们是匹配的,”莱姆克说。

该团队还利用基因组序列和遗传学来鉴定酶的化学反应,这是迄今为止从未观察到的。有了这些基因GPS信号,研究小组能够识别在另一种细菌中催化相同反应的蛋白质,并预测微生物和植物中产生FuFA的新途径的存在。

GLBRC科学家的下一步是了解这些新发现的酶的分子基础,并训练细胞制造更多的FuFAs,以便研究人员可以测试脂肪酸的各种应用。

“通过更多的测试,我们可能会了解这类新的酶是如何工作的,并设计细胞来加速细菌和其他细胞的FuFA生产。”Lemke说。

Donohue说:“这一发现是跨学科的GLBRC团队如何挖掘基因组以揭示之前未知的生化途径的又一个很好的例子。”“此外,我们还收到了来自世界各地团体对呋喃脂肪酸作为润滑剂、抗菌活性化合物和食品添加剂的评估兴趣。”

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