早在1999年Obert和Dave在JACS上发表通讯，证实利用甲酸脱氢酶、甲醛脱氢酶和乙醇脱氢酶可以实现二氧化碳到甲醇的转化（图1），这一反应实际上是生物代谢途径的逆反应，因此即使在高浓度的辅酶NADH存在下，其产率仍然很低，得到的甲醇浓度也不到5 mM（0.016 g/L）。近15年来，研究者们希望在酶固定化以及辅酶再生的改进上提高甲醇转化浓度，但是效果微乎其微。国内天津大学姜忠义教授团队在这个领域走在国际前沿，不过他们的重点只是利用这一反应评价其多酶固定化载体制备，并未对这个反应本身进行研究。

图1 多酶转化二氧化碳到甲醇示意图

我们的研究初衷也是希望通过将多酶同时固定在有机膜内，利用对流传质降低中间产物在酶分子之间的传质阻力，同时在线去除其反应产物，以提高其甲醇生产浓度。本研究采用简单的膜污染诱发酶固定化方法，设计了两种酶固定化策略（图2），希望最大化的保持酶活性。但是很遗憾，我们得到的甲醇浓度仍然很低，而且不管采用多酶共固定化还是级联固定化，得到的结果都是一样的。因此我们开始思考这个多酶反应本身。

图2 两种多酶固定化策略

根据一系列的研究，我们认为虽然甲酸脱氢酶对二氧化碳的转化速度慢，但实际上甲醛脱氢酶才是这个多酶反应的瓶颈，因为此酶的底物为甲酸，甲酸会造成体系pH下降，而酸性pH下辅酶NADH是不稳定的，两种底物具有化学性冲突；另外只有甲酸浓度到达一定值，这个反应才会启动。因此，即使三个酶共固定化在同一区域，甲醛脱氢酶仍不能即时的将甲酸转化为甲醛，使得反应效率低下。

所以，我们得出结论，简单的酶固定化改进和辅酶再生很难改进甲醇的产率，将来的研究应应集中在寻找甲醛脱氢酶的替代品，或者对它进行基因改造。

文章下载地址：

Cascade catalysis in membranes with enzyme immobilization for multi-enzymatic conversion of CO2 to methanol

http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1871678415000230

自评：

关于CO2转化制甲醇的项目是我的博士后基金，也是第一个由我自己申请的项目，研究过程却极其坎坷。不过这个项目对我而言意义重大，是我从膜领域向生物领域的转型之作。当然，如果不是通过膜污染与酶固定化的结合发表了3篇论文，对于这个项目我也不会如此淡定。在一个缺乏高端检测和表征设备的课题组，其实要研究这么个高大上的课题真是不容易，好在我们有钱，千把块几毫克的酶制剂Duang Duang的买，这估计也是我研究生涯中性价比最低的论文了。总之，经历了千辛万苦，我总算是对这个反应有了一定的了解，虽然得到的结果不能一鸣惊人，但对于科研界还是有丁点意义的，那就是，同行们，这条路走不通！

另外对于这篇论文的投稿，也是一把辛酸泪，刚开始小老板还幻想投个JACS，我真想说您也太乐观了吧，在我的说服下以通讯的形式投了个 EES(>14)，结果被编辑拒掉说转投RCS ADV（>3），当时非常不屑，就投了个Green Chem.（>6），审稿两个月后被仲裁干掉了…最后补了一堆实验，扩充成全文，被大老板投到了现在这个接地气的杂志，审稿人拖了三个月，经催稿后编辑决定无需修改直接接收……文章是发了，不知道为啥就是高兴不起来。