Yu-Chieh Lin, Wan-Wen Ting, Po-Hsiang Wang, and I-Son Ng
ACS Sustainable Chem. Eng. 2025, 13, 9, 3406–3412

國立成功大學 化學工程學系 吳意珣特聘教授

琥珀醯輔酶A (Succinyl-CoA) 是細胞代謝中參與三羧酸循環的關鍵中間體，同時也是血紅素及其他生物分子的重要前體，其價格昂貴，每毫克約為一千元台幣。另一方面，作為琥珀醯輔酶A的重要下游產物，5-胺基酮戊酸（5-ALA）廣泛應用於農業及醫學領域，並於2017年獲得美國FDA核准作為癌症與腫瘤檢測與治療的新藥，具有百億商機。

傳統上，琥珀醯輔酶A可透過化學合成或微生物發酵生產。然而，化學合成步驟繁瑣，導致產率低又成本高；微生物發酵則因為純度低且穩定性不佳，使得保存困難，限制其工業發展。為解決上述問題，本團隊開發出「一鍋式酵素法」製備琥珀醯輔酶A的策略。利用2-酮戊二酸脫氫酶複合體（SucAB）將2-酮戊二酸 (alpha-Ketoglutarate, a-KG) 轉化為琥珀醯輔酶A，接著由 5-胺基酮戊酸合成酶（ALAS）催化琥珀醯輔酶A與甘胺酸合成 5-ALA。此方法無需額外添加ATP，提高了能源使用效率。此外，我們引入黃素還原酶 (FRE) 和過氧化氫酶 (CAT) 以再生輔因子NAD⁺，進一步提升整體反應效率。最後導入碳酸酐酶進行二氧化碳捕捉，有效降低碳排放。此一鍋式反應可於5小時內生產約400 毫克琥珀醯輔酶A與130 毫克5-ALA，轉化率接近100%。

一鍋式酵素催化具有可攜帶性、轉化率高、低碳排等優勢，能於多元環境中生產高價值化學品，製程的靈活性允許使用者快速調整酵素組合，以達成不同目標產物的需求。本團隊提出的新策略可將成為未來高效又環保的製程新方向。