氧化还原酶中的分子内电子传递对于代谢中的氧化还原反应、体外能量转化以及可持续生物化学制造至关重要。通常情况下，大多数天然氧化还原酶的电子传递效率较低成为反应中的关键瓶颈。这不仅限制了催化循环效率，还会导致活性氧的产生。对氧气的副反应也会影响电子传递效率并导致过氧化氢的生成，在催化周转过程中影响酶的稳定性。较低的电子传递效率严重阻碍了基于直接电子传递的生物电催化系统的应用。因此，开发高效的电子传递并在最大限度减少氧气干扰的酶元件，对于提高生物电催化性能至关重要。

近期，中国科学院天津工业生物技术研究所朱之光研究员带领的电生物合成与生物催化研究团队在多结构域酶提升电子传递效率方面取得新突破。该工作以来源于嗜热毁丝霉菌Thermothelomyces thermophilus的纤维二糖脱氢酶（TtCDH）为研究对象，其独特的双结构域构型，使电子能够从催化底物的脱氢结构域，经由细胞色素结构域传递至外部电子受体，为构建直接电子传递型生物电化学器件提供了天然分子基础。针对TtCDH的电子传递效率受限和氧依赖性副反应的问题，团队从酶不同功能区域出发，建立了区域特异性的理性改造策略获取了优势突变体，实现了电子传递速率提升10倍、催化活性提升4.5倍并且催化循环中过氧化氢产量降至检测限以下。最后优势突变体的直接电子传递性能在生物电化学体系中得到验证。电化学表征显示修饰优势突变体的生物阳极的催化电流密度为15.6 μA cm⁻¹，较野生型提高20倍。该工作为直接电子传递型生物电化学器件中酶催化剂的理性设计提供了新的思路，也为其他具有多结构域的氧化还原酶改造提供了可借鉴的研究框架。

该研究得到国家重点研发计划项目、天津市杰出青年基金、国家自然科学基金面上项目的支持，研究成果已在ACS Catalysis上发表。中国科学院天津工业生物技术研究所博士研究生崔馨予为论文第一作者，朱之光研究员、张玲玲研究员和苏浩副研究员为论文的通讯作者。

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TtCDH的改造以建立酶电催化体系示意图