O2-tolerant CO dehydrogenase via tunnel redesign for the removal of CO from industrial flue gas

烟气 化学 一氧化碳 一氧化碳脱氢酶 化学工程 催化作用 有机化学 工程类
作者
Suk Min Kim,Jinhee Lee,Sung Heuck Kang,Yoonyoung Heo,Hye‐Jin Yoon,Ji‐Sook Hahn,Hyung Ho Lee,Yong Hwan Kim
出处
期刊:Nature Catalysis [Nature Portfolio]
卷期号:5 (9): 807-817 被引量:37
标识
DOI:10.1038/s41929-022-00834-y
摘要

Ni–Fe carbon monoxide dehydrogenases (CODHs) are nearly diffusion-limited biocatalysts that oxidize CO. Their O2 sensitivity, however, is a major drawback for industrial applications. Here we compare the structures of a fast CODH with a high O2 sensitivity (ChCODH-II) and a slower CODH with a lower O2 sensitivity (ChCODH-IV) (Ch, Carboxydothermus hydrogenoformans). Some variants obtained by simple point mutations of the bottleneck residue (A559) in the gas tunnel showed 61–148-fold decreases in O2 sensitivity while maintaining high turnover rates. The variant structure A559W showed obstruction of one gas tunnel, and molecular dynamics supported the locked position of the mutated side chain in the tunnel. The variant was exposed to different gas mixtures, from simple synthetic gas to sophisticated real flue from a steel mill. Its catalytic properties remained unchanged, even at high O2 levels, and the efficiency was maintained for multiple cycles of CO detoxification/regeneration. Ni–Fe carbon monoxide dehydrogenases (CODHs) are able to oxidize CO with a high rate, but their O2 sensitivity is a major drawback for their industrial application. This work shows that CODHs can be tailored for industrial or gas cleaning processes by engineering the selectivity of their gas channels.
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