基于酶-光偶联模型的光合作用介尺度机制探索

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基本信息

  • 批准号：
    91534126
  • 项目类别：
    重大研究计划
  • 资助金额：
    80.0万
  • 负责人：
    姜忠义
  • 依托单位：
    天津大学
  • 学科分类：
    B0812.生物化工与合成生物工程
  • 结题年份：
    2018
  • 批准年份：
    2015
  • 项目状态：
    已结题
  • 起止时间：
    2016-01-01 至2018-12-31

项目摘要

The photosysthesis process in nature is one of ideal prototypes for mesosceience research, however, the study on the mesoscale mechanism and manipulation of phtosysnthesis process remains disclosed. This project aims at establishing an enzyme-photo coupling model by mimicking the photosynthesis process counterpart, exploring the mesoscale mechanism and directional manipulation in coustruction process and reaction process of enzyme-photo coupling model. The processes involved in this project belong to “reaction media and catalytic materials” level of mesoscience and encompasses the following two important mesoscale issues: 1) the mesoscale mechanism and manipulation in the construction process of enzyme-photo coupling model and the mesoscale mechanism and manipulation in the reaction process of enzyme-photo coupling model. Three key scientific issues are specially investigated: synergistic optimization of mesoscale structure and behavior in the construction process of enzyme-photo coupling model, synergistic optimization of mesoscale structure and behavior in the reaction process of enzyme-photo coupling model, synergistic optimization of the construction process and reaction process of enzyme-photo coupling model. It is expected that the implementation of this project will establish new methods and theories for controlled construction of enzyme-photo coupling model as well as quantitative optimization of reaction process in enzyme-photo coupling model, offer useful exploitation of probing photosynthesis from viewpoint of mesoscience, render a novel prototype for the investigation of mesoscale mechanism and manipulation in multiphase reaction process, provide useful guidance for the multidisciplinary fields spanning from chemical engineering to materials science, meanwhile, contribute new materials and pathway for green and efficient conversion of carbon dioxide.
自然界中的光合作用是介尺度科学的理想原型之一，但目前关于光合作用介尺度机制及调控方面的研究未见报道。本项目模拟光合作用，构建酶-光偶联模型，研究其构建与反应过程中的介尺度机制及定向调控。该项目所涉过程属介尺度科学研究中“反应介质与催化材料”层次，涵盖两个重要介尺度问题：1）酶-光偶联模型构建过程的介尺度机制及调控；2）酶-光偶联模型反应过程的介尺度问题。需重点解决如下关键科学问题：酶-光偶联模型构建过程中介尺度结构和行为的协调优化，酶-光偶联模型反应过程中介尺度结构和行为的协调优化，酶-光偶联模型构建过程和反应过程的协调优化。期望通过本项目的开展，获得酶-光偶联模型可控构建、酶-光偶联模型反应过程优化的新方法和理论，为从介尺度科学角度研究光合作用提供尝试，为多相反应过程的介尺度机制及调控研究提供新原型，为化工、材料等多学科的介尺度问题研究提供参考，为CO2的绿色高效转化提供新材料和新工艺。

结项摘要

自然界中光合作用是介尺度科学的理想原型之一，但目前关于光合作用介尺度机制及调控方面的研究未见报道。本项目模拟光合作用，构建了酶-光偶联模型系统，重点围绕系统构建和反应过程中光催化剂制备及辅酶再生过程、酶催化剂制备及酶催化过程、酶-光催化偶联催化过程三个方面的介尺度过程和机制开展研究。一、设计制备了系列g-C3N4基光催化剂，通过协调优化光吸收-载流子传递-表面反应，揭示了光催化剂构建和反应过程的介尺度机制，实现了辅酶再生过程的高效强化，辅酶再生过程初始反应速率达7.7 mmol g-1 h-1。二、设计制备了微囊型和整体型酶催化剂，利用仿生涂层技术实现了酶分子的高效固载，揭示了载体与酶构象之间的介尺度机制，实现了酶催化过程的高效强化，循环使用16次，酶活维持率接近90%。三、耦合光催化和酶催化过程，揭示了酶-光偶联系统的介尺度机制，实现酶-光偶联系统的性能强化，甲醇收率达90%。经过项目开展，初步解决了如下关键科学问题——酶-光偶联系统构建过程中介尺度结构和行为的协调优化，酶-光偶联系统反应过程中介尺度结构和行为的协调优化，酶-光偶联模型构建过程和反应过程的协调优化。进而，获得了酶-光偶联模型可控构建、酶-光偶联模型反应过程优化的新方法和新理论，为从介尺度科学角度研究光合作用提供了新尝试，为多相反应过程的介尺度机制及调控研究提供了新原型，为化工、材料等多学科的介尺度问题研究提供了参考，为CO2的绿色高效转化提供了新材料和新工艺。相关研究成果在ACS Nano、ACS Catalysis、Advanced Functional Materials等期刊发表SCI论文26篇。

项目成果

期刊论文数量（26）
专著数量（1）
科研奖励数量（0）
会议论文数量（0）
专利数量（3）
Coordination Polymer Nanocapsules Prepared Using Metal-organic Framework Templates for pH-responsive Drug Delivery
使用金属有机框架模板制备配位聚合物纳米胶囊用于 pH 响应药物递送
  • DOI：
    10.1088/1361-6528/aa7379
  • 发表时间：
    2017
  • 期刊：
    Nanotechnology
  • 影响因子：
    3.5
  • 作者：
    Tang Lei;Shi Jiafu;Wang Xiaoli;Zhang Shaohua;Wu Hong;Sun Hongfan;Jiang Zhongyi
  • 通讯作者：
    Jiang Zhongyi
酶光耦合催化系统转化CO_2研究进展
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    2017
  • 期刊：
    中国科学:化学
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    伍一洲;石家福;丁菲;赵晶晶;邹晓燕;王曼茹;张少华;佟振伟;张松平;姜忠义
  • 通讯作者：
    姜忠义
Integration of Artificial Photosynthesis System for Enhanced Electronic Energy-Transfer Efficacy: A Case Study for Solar-Energy Driven Bioconversion of Carbon Dioxide to Methanol
集成人工光合作用系统以增强电子能量传输效率：太阳能驱动的二氧化碳生物转化为甲醇的案例研究
  • DOI：
    10.1002/smll.201600707
  • 发表时间：
    2016-09-14
  • 期刊：
    SMALL
  • 影响因子：
    13.3
  • 作者：
    Ji, Xiaoyuan;Su, Zhiguo;Zhang, Songping
  • 通讯作者：
    Zhang, Songping
Porphyrin/SiO2/Cp*Rh(bpy)Cl Hybrid Nanoparticles Mimicking Chloroplast with Enhanced Electronic Energy Transfer for Biocatalyzed Artificial Photosynthesis
卟啉/SiO2/CpRh(bpy)Cl杂化纳米粒子模拟叶绿体并增强电子能量转移用于生物催化人工光合作用
  • DOI：
    10.1002/adfm.201705083
  • 发表时间：
    2018-02-28
  • 期刊：
    ADVANCED FUNCTIONAL MATERIALS
  • 影响因子：
    19
  • 作者：
    Ji, Xiaoyuan;Wang, Jie;Zhang, Songping
  • 通讯作者：
    Zhang, Songping
Enhancing 6-APA Productivity and Operational Stability of Penicillin G Acylase via Rapid Surface Capping on Commercial Resins
通过商业树脂的快速表面封端提高青霉素 G 酰化酶的 6-APA 生产率和运行稳定性
  • DOI：
    10.1021/acs.iecr.6b02866
  • 发表时间：
    2016-09
  • 期刊：
    Industrial & Engineering Chemistry Research
  • 影响因子：
    4.2
  • 作者：
    Yang Dong;Liu Hua;Shi Jiafu;Wang Xueyan;Zhang Shaohua;Zou Hongjian;Jiang Zhongyi
  • 通讯作者：
    Jiang Zhongyi

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其他文献

埃洛石纳米管掺杂海藻酸复合膜制备及其渗透蒸发脱水研究
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  • 发表时间：
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  • 影响因子：
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  • 作者：
    何光伟;姜忠义;杨新林;张伟
  • 通讯作者：
    张伟

其他文献

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课题项目：调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要：

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题，其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子，其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而，TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用，影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法，探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用，为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义，并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路：

科学问题：TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达？
前期研究：已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应，但其具体机制尚不明确。
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技术路线：包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
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