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腺苷三磷酸（ATP）再生在體外生物合成途徑中至關(guān)重要。目前，多數(shù)體系采用底物水平磷酸化再生ATP，易造成無機(jī)磷積累，抑制催化反應(yīng)過程。ATP合酶是生物體內(nèi)光合磷酸化和氧化磷酸化過程中的關(guān)鍵酶，可催化腺苷二磷酸（ADP）和無機(jī)磷合成ATP，高效且無副產(chǎn)物積累。從催化機(jī)制上看，ATP合酶催化ATP的合成主要依靠跨膜的質(zhì)子梯度，而質(zhì)子梯度的產(chǎn)生是較多電化學(xué)池的固有特點(diǎn)。因此，將ATP合酶催化ATP合成的生物模塊和電催化的化學(xué)模塊相結(jié)合，利于發(fā)揮各模塊長處，實現(xiàn)電能驅(qū)動的ATP合成，形成與光合磷酸化和氧化磷酸化并列的第三種ATP合酶參與的磷酸化方式。近期，中國科學(xué)院天津工業(yè)生物技術(shù)研究所研究員張玲玲帶領(lǐng)的酶電催化研究團(tuán)隊，在電能驅(qū)動類囊體膜上的ATP合酶合成ATP方面取得進(jìn)展。該工作提取了來源于菠菜Spinacia oleracea葉綠體基粒的類囊體組分。這一組分負(fù)載著葉綠體內(nèi)大部分ATP合酶，其結(jié)構(gòu)與脂質(zhì)體囊狀單層膜結(jié)構(gòu)類似。通過一步形態(tài)轉(zhuǎn)變反應(yīng)，研究將基粒類囊體膜轉(zhuǎn)變成平面類囊體膜，并將其負(fù)載于電化學(xué)池中常用的質(zhì)子交換膜全氟磺酸隔膜上，賦予全氟磺酸隔膜額外的生物活性。研究將該生物活性膜組裝在電解水體系中，通過平面類囊體膜的制備優(yōu)化和電解條件優(yōu)化，實現(xiàn)ATP合成與電化學(xué)反應(yīng)的高效耦聯(lián)。研究顯示，在施加3 V電壓下，120 min內(nèi)產(chǎn)生8.39±1.37 μM ATP，ATP合成速率最高可達(dá)15 nmol cm-2h-1，法拉第效率為0.19%。上述研究為基于ATP合酶的ATP再生課題提供了新的能量轉(zhuǎn)化模式。相關(guān)研究成果發(fā)表在《德國應(yīng)用化學(xué)》上。研究工作得到國家自然科學(xué)基金、中國科學(xué)院穩(wěn)定支持基礎(chǔ)研究領(lǐng)域青年團(tuán)隊計劃、中國科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項等的支持。論文鏈接基于ATP合酶的ATP電合成及ATP合成體系示意圖