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基于脂肪酸合成线性α-烯烃的融合蛋白OleT-BM3R：设计、机制与应用探索

一、引言

1.1研究背景与意义

线性α-烯烃（Linearα-Olefins，LAOs）作为一种至关重要的有机化工原料，在现代工业和能源领域中占据着举足轻重的地位。在工业方面，它是合成高级聚烯烃、润滑油、高级洗涤剂、表面活性剂以及油品添加剂等众多高端化学品的关键核心原料。例如，在聚烯烃生产中，线性α-烯烃常被用作共聚单体，能够显著提升聚烯烃材料的性能，像1-己烯和1-辛烯作为共聚单体可有效提高聚乙烯的抗冲击性、透明性和加工性能，从而广泛应用于薄膜、管材、注塑制品等领域；在润滑油生产中，由线性α-烯烃合成的润滑油基础油具有优异的粘温性能、氧化稳定性和低温流动性，能满足高性能发动机和机械设备的润滑需求。在能源领域，线性α-烯烃被视为理想的下一代能源物质，其燃烧性能优良，可用于生产清洁燃料，有助于缓解当前能源短缺和环境污染的双重压力。

当前，工业上生产线性α-烯烃的传统方法主要依赖不可再生的石油资源，通过乙烯齐聚、石蜡裂解法、长链烷烃脱氢法等工艺进行制备。然而，这些传统方法存在诸多局限性。首先，石油资源属于不可再生资源，随着全球经济的快速发展和对能源及化工产品需求的持续增长，石油资源日益枯竭，其供应的稳定性和可持续性面临严峻挑战，这无疑为依赖石油的线性α-烯烃生产带来了潜在风险。其次，传统化学合成方法通常需要在高温、高压等极端条件下进行，这不仅消耗大量的能源，增加了生产成本，还对设备要求极高，加大了投资成本。此外，这些方法在生产过程中往往会产生大量的废弃物和污染物，对环境造成严重的负面影响，不符合当今社会对绿色、可持续发展的追求。加之乙烯聚合工业在生产奇数碳链烯烃方面存在空白，导致奇数碳链烯烃的生产面临困境，价格居高不下。

为了应对传统合成方法的局限性，寻找可再生、环境友好且可持续的线性α-烯烃生产途径已成为当务之急。以自然界中储量丰富且生物体可自身合成的脂肪酸为原料，通过脱羧或脱羰等反应来合成线性α-烯烃，成为了极具潜力的研究方向。脂肪酸广泛存在于动植物油脂以及微生物代谢产物中，来源丰富且可再生。利用脂肪酸合成线性α-烯烃的过程具有反应条件温和、环境友好等优点，能够有效避免传统方法的弊端，为线性α-烯烃的绿色生产提供了新的可能。

在利用脂肪酸合成线性α-烯烃的研究中，OleT-BM3R融合蛋白的出现引起了广泛关注。OleT-BM3R融合蛋白是将脂肪酸氧化脱羧生成α-烯烃的脂肪酸脱羧酶OleTJE与巨大芽孢杆菌脂肪酸羟基化酶P450BM3的还原酶结构域相融合而构建的新型融合蛋白。该融合蛋白构建了一个具有兼容的电子传递系统，使得脂肪酸氧化脱羧生成α-烯烃的反应摆脱了对H?O?的依赖，能够利用O?为氧化剂，NADPH为电子供体，在温和的水溶液环境中进行反应。同时，将基于亚磷酸脱氢酶的NADPH再生系统耦合到反应中，以廉价的亚磷酸钠为最终电子来源，克服了NADPH价格昂贵的限制。这些特性使得OleT-BM3R融合蛋白在生物能源和工业生产方面展现出巨大的应用潜力。对OleT-BM3R融合蛋白的深入研究，有助于揭示脂肪酸合成线性α-烯烃的分子机制，为进一步优化反应条件、提高反应效率和拓展底物范围提供理论基础。同时，该融合蛋白的成功应用，有望推动线性α-烯烃生产技术的革新，实现其绿色、可持续的工业化生产，对于缓解能源危机、减少环境污染以及促进化工产业的转型升级具有重要的现实意义。

1.2脂肪酸合成线性α-烯烃的研究现状

以脂肪酸为原料合成线性α-烯烃主要通过脱羰和脱羧两条反应路径来实现，这两条路径在反应机理、催化剂需求以及产物特性等方面存在差异，近年来都取得了一定的研究进展。

脂肪酸脱羰反应是指脂肪酸分子在特定条件下脱去羰基（CO）生成少一个碳原子的线性α-烯烃的过程。在脱羰反应中，常用的催化剂包括过渡金属催化剂等。研究发现，某些过渡金属如铂（Pt）、钯（Pd）等负载在载体上时，对脂肪酸脱羰反应具有一定的催化活性。Davis等学者的研究表明，Pt/C和Pb/C在催化庚酸生成α-烯烃的反应中表现出一定活性，可获得约15％的α-烯烃选择性。脱羰反应的优点在于能够直接生成少一个碳原子的线性α-烯烃，产物的碳链长度明确。然而，该反应也面临一些挑战，例如催化剂成本较高，反应条件较为苛刻，通常需要高温、高压等条件，这不仅增加了生产成本，还对设备要求较高。此外，反应过程中可能会产生一些副反应，影响产物的纯度和产率。

脂肪酸脱羧反应则是脂肪酸分子脱去羧基（COOH）生成少一个碳原子的线性α-烯烃