We report visible light-driven, asymmetric hydrogenation of C=C bonds using an ene-reductase from Thermus scotoductus SA-01 (TsOYE) and a light-harvesting dye (rose bengal, RB) co-immobilized in alginate hydrogel. Highly efficient encapsulation of RB in alginate hydrogel was achieved using the intrinsic affinity between TsOYE and RB, which allowed for the construction of robust RB-TsOYE-loaded alginate capsules. In the absence of NADH, the photobiocatalytic system facilitated asymmetric reduction of 2-methylcyclohexenone to an enantiopure (R)-2-methylcyclohexanone (ee>99%, max. conversion: 70.4%, turnover frequency: 1.54 $min^{-1}$, turnover number: 300.2) under illumination. A series of stability tests revealed a significant enhancement of TsOYE's robustness in alginate hydrogel against heat and chemical denaturants. This study provides insight into a greener and sustainable approach of cofactor-free OYE catalysis for producing value-added chemicals using light energy.
본 학위 논문에서는 구황색 효소와 광수확 염료의 일종인 로즈벵갈이 동시에 고정화된 알긴산 하이드로젤을 이용한 가시광 기반의 탄소 이중결합 비대칭 환원을 보고한다. 구황색 효소와 로즈벵갈 사이의 고유한 친화성에 의해 로즈벵갈은 알긴산 하이드로젤 내에 높은 효율로 고정되었고, 로즈벵갈과 구황색 효소가 동시에 들어있는 견고한 알긴산 캡슐을 제조했다. 니코틴아마이드 보조 인자의 부재하에, 본 광생체촉매반응 시스템은 조명 아래에서 2-methylcyclohexenone을 순수한 거울상이성질체 (R)-2-methylcyclohexenone로 비대칭 환원시켰다. 일련의 안정성 실험은 알긴산 하이드로젤 내의 구황색 효소가 열과 화학적 변성제에 대한 효소 안정성이 크게 증가하였음을 보여주었다. 본 연구는 빛 에너지를 사용한 고부가 가치 화합물 생산을 위해 보조 인자가 필요 없는 구황색 효소 촉매반응의 친환경적이고 지속 가능한 접근법에 대한 통찰을 제시한다.
