【材制 | 视角】“肉夹馍反应”的另一半—一氧化碳合成蛋白质

2021-12-20 23:24 作者:青春材制 0人读过 | 我要投稿

初原载于爱学习的青春材制

2021-12-18

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上回书说到，我国科学家在实验室中首次实现从二氧化碳到淀粉分子的全合成。粮食问题算是有了个着落，可光吃面也不行啊。众所周知，“肉+面=肉夹馍”，今天咱们来看看“肉夹馍反应”的另一半：一氧化碳合成蛋白质。

《环球时报》 | 节选

中国农业科学院饲料研究所10月30日宣布，我国在一碳生物合成领域取得重大突破性进展：全球首次实现从一氧化碳到蛋白质的合成，并已形成万吨级工业产能。这一举突破了天然蛋白质植物合成的时空限制，为弥补我国农业最大短板——饲用蛋白对外依存度过高提供了国之利器，同时对促进国家“双碳”目标实现深具意义。

所以这一氧化碳到蛋白质的合成过程是怎样的？

啊没错，光看图没人知道这工艺在干什么

问题不大，相信你看完这篇文章就能够明白了

让我们回顾下生物知识：什么是蛋白质？

首先，要说明蛋白质的概念，就要提到氨基酸，氨基酸是一种有机小分子，一共有二十种，含有碳、氢、氧、氮四种元素。两个氨基酸之间可以失去一分子的水，缩合在一起。我们叫它肽键。而无数个这样的肽键组合在一起，形成一个大长链条，把这个链条按照一定空间结构拧在一起，形成的大分子，就叫蛋白质。

蛋白质十分重要，是生命的物质基础，是构成细胞的基本有机物，是生命活动的主要承担者，换句话说，如果没有蛋白质就没有生命。

在自然界中，蛋白质是如何合成的呢？

在自然界中，蛋白质的合成主要由植物承担，植物要想合成蛋白质首先需要合成氨基酸。

上文中已经提到过，氨基酸中含有碳、氢、氧、氮四种元素，碳氢氧三种元素可由植物进行光合作用形成的碳水化合物中的糖类获得。而氮的获取过程则比较复杂，首先是植物从根部吸收硝酸盐并转化，然后利用细菌进行生物固氮，之后将空气中的氮气还原为NH3，最后将还原的NH3进行再一步反应，吸收。吸收后的物质与硝酸盐和糖类在各种复杂的生物作用下变成二十种氨基酸，再将氨基酸运至核糖体，最后在核糖体的作用下结合成植物蛋白。

如何从一氧化碳合成蛋白质的呢？

与二氧化碳合成淀粉不同，一氧化碳合成蛋白质所利用的本质上是一个微生物发酵过程。将含一氧化碳、二氧化碳的工业尾气和氨水作为主要原料，对原料进行处理后与乙醇梭菌进行液态发酵培养、离心、干燥，获得乙醇梭菌蛋白。实现了将无机的碳和氮转化为有机的碳和氮，实现了从0到1的自主创新。

该成果的一大亮点在于合成乙醇梭菌蛋白的原料之一为工业尾气，工业尾气中大量的一氧化碳是利用乙醇梭菌生产菌体蛋白的极佳原料。而工业尾气不仅成本极低，其来源也很广泛，包括钢厂、铁合金厂、电石厂等，资源量非常丰富。

乙醇梭菌合成蛋白VS天然合成蛋白

效率极高：天然合成过程中涉及复杂的遗传表达，生化合成，生理调控等生命过程，反应速度缓慢，物质和能量的转化效率较低。而利用乙醇梭菌可在短短的二十二秒内完成合成过程，（二十二秒连工图的四十五度线都画不完。)相比传统的植物种植生产蛋白质原料效率高70万倍。（农民伯伯刚把种子种下这边已经将蛋白质加工出来了。）

优质：乙醇梭菌合成蛋白创造了工业化条件下一步反应合成蛋白质收率最高85%的世界纪录，而最常见的植物蛋白来源大豆中蛋白含量约为30%。

高社会收益：以工业化生产1000万吨乙醇梭菌蛋白（蛋白含量83%）计，相当于2800万吨进口大豆(蛋白含量30%）当量。实现“不与人争粮、不与粮争地”，可节约耕地十亿亩（约等于四十个北京的面积）。同时减排二氧化碳2.5亿吨，对促进国家“双碳”目标深具意义。

优质饲料：中国农业科学院饲料研究所首席科学家薛敏研究员介绍，乙醇梭菌蛋白相比传统的植物种植生产蛋白质具有很高的营养价值，氨基酸结构平衡，易于消化；同时具有优异的饲料蛋白质原料加工特性，富含核苷酸等功能性物质，利于改善饲料品质，研究结果表明其是一类可广泛应用的优质饲料蛋白源。