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硅和碳都是地球上含量丰富的元素, 但是自然界却从未发现硅碳键的存在。美国加州理工学院科学家首次设计出一种酶, 可打破硅和碳之间牢固的人造键。这种键存在于广泛使用的硅氧烷或有机硅化学品中, 而这些化学物质可能残留在环境中。这一成果有望使硅氧烷等化学物质实现生物降解, 相关论文发表在《科学》杂志上。
定向进化是一种利用人工选择原理改造酶和其他蛋白质的方法。 在这项新研究中, 研究团队利用定向进化来培养一种称为细胞色素 P450 的细菌酶。 研究人员使细胞色素 P450 的 DNA 产生突变, 并测试了新的变体酶。 然后, 性能最好的酶再次突变, 测试重复进行, 直到酶的活性足以让研究人员确定反应产物并研究酶的作用机制。最终改进的酶不会直接裂解硅碳键,而是通过两个连续步骤氧化硅氧烷中的甲基。这意味着两个碳氢键被碳氧键取代, 这种变化使得硅碳键更容易断裂。
硅氧烷化学物质存在于多种产品中, 包括用于家庭清洁、个人护理以及汽车、建筑、电子和航空航天产品。 在硅氧烷中的所有键中, 硅碳键的分解是最慢的。研究人员表示,虽然这种工程酶进入现实应用可能还需要10年或更长时间,但它的开发开启了硅氧烷被生物降解的可能性。
