Sustainable Bioelectrosynthesis of the Bioplastic Polyhydroxybutyrate: Overcoming Substrate Requirement for NADH Regeneration

聚羟基丁酸酯 生物塑料 NAD+激酶 基质(水族馆) 电化学 化学 脱氢酶 氧化还原 电极 生物化学 有机化学 生物 细菌 物理化学 遗传学 生态学
作者
Bassam Alkotaini,Sofiène Abdellaoui,Kamrul Hasan,Matteo Grattieri,Timothy Quah,Rong Cai,Mengwei Yuan,Shelley D. Minteer
出处
期刊:ACS Sustainable Chemistry & Engineering [American Chemical Society]
卷期号:6 (4): 4909-4915 被引量:41
标识
DOI:10.1021/acssuschemeng.7b04392
摘要

One of the main limitations to achieve sustainable synthesis of polyhydroxybutyrate (PHB) is the cost of NADH regeneration, as it requires a side enzymatic reaction usually including a NAD-dependent dehydrogenase enzyme with its substrate or other photo- and electrochemical approaches that create unwanted byproducts and the enzymatically inactive dimer NAD2. Herein, a bioelectrocatalytic method combining both enzymatic and electrochemical approaches was used to regenerate enzymatically active NADH. The method employed a modified glassy carbon electrode that possesses both NADH regeneration and acetoacetyl-CoA (AcAcCoA) reduction features. The modified electrode exhibited an apparent Michaelis constant (KM) value of 814 ± 11 μM and a maximum current density (jmax) of 27.9 ± 1.3 μA cm–2 for NAD+ reduction and a KM value of 47 ± 2 μM and jmax of 0.97 ± 0.03 μA cm–2 for AcAcCoA reduction. The modified electrode was subsequently employed in the bioelectrosynthesis of the bioplastic PHB and yielded 1.6 mg in a 5 mL reaction mixture, indicating that the NADH was regenerated at least 8 times during the 16 h reaction.

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