通讯作者：何道平，Ryuhei Nakamura

通讯单位：东京工业大学/日本理化学研究所（RIKEN）

何道平，副教授，国家高层次人才（青年），博士生导师，上海市领军人才计划。2015年至2019年在上海交通大学/RIKEN作为联合培养博士，师从“长江学者”金放鸣教授和Ryuhei Nakamura，从事二氧化碳高质量资源化转化和低碳绿色脱硝技术开发方面的研究，后又进入东京工业大学研究厌氧氨氧化。目前的研究方向为碳氮协同资源化转化和前生命环境碳氮化学循环。近五年以第一作者身份在Nature Chemistry、Nature Catalysis、PNAS（2）、JACS等知名学术期刊上发表论文。

中村龍平，2002-2005年：大阪大学研究生院工程科学研究科化学课（理学博士）;2005-2006：美国劳伦斯伯克利国家实验室JSPS博士后研究员（PD） ;2006-2013：东京大学应用化学系助理教授 ;2013-至今：理化学研究所可持续资源科学中心生物功能催化剂研究团队组长 ;2017-至今：东京工业大学地球生命科学研究所教授 ;2019-至今：副主编，ACS Sustainable Chemistry & Engineering;研究课题：制氢电催化剂设计、可持续氮循环的电催化剂设计、深海热液喷口的化学能转换、开创性的催化反应理论、研究酶多样性的起源。

论文速览

厌氧氨氧化(anammox)—利用亚硝酸盐激活铵的生物过程——是海洋环境中产生N2的重要原因。然而，尽管进行了几十年的生物化学研究，还没有鉴定出能够厌氧氨氧化的合成模型。

本论文报道了一种硫化铜矿物（CuS），它能模拟整个生物厌氧氨氧化（anammox）途径，这一过程由三种金属酶催化。研究发现，通过亚硝酸盐还原形成的铜-亚硝酸根复合物{CuNO}10作为氧化剂，促进了氨和亚硝酸盐之间的异裂N-N键形成，导致氮气（N2）的产生。这一过程涉及自然界中最活跃的还原剂之一——肼的生成。此外，研究还发现了另一条涉及N-N键异源偶联形成混合氮氧化物（N2O）的途径，这是一种具有独特同位素组成的强效温室气体。该研究代表了非酶促anammox反应的一个罕见例子，它连接了非生物氮循环中的六个氧化还原状态。

图1：氮循环中的主要转化过程。

图2：非酶厌氧氨氧化中间产物NO的测定。

图3：NO介导厌氧氨氧化对CuS的反应机理。

图5：非酶厌氧氨氧化的拟议反应方案。

总结展望

本研究成功阐明了通过肼中间体进行的非酶促anammox反应，并鉴定了产物。硫化铜矿物CuS在模拟生物合成过程中表现出独特的催化活性，为非生物氮循环提供了重要的合成模型，并有潜力应用于需要氨激活的领域，如氨基燃料电池、工业火箭燃料合成和氮污染的环境修复。

未来研究将探索使用原位生成的肼作为合成氨基酸和核碱基的试剂，以扩展非酶促anammox在前生物化学中的应用，并促进与形成N-N和N-杂原子键相关的氨基化学的基础研究。

文献信息

标题：Copper sulfide mineral performs non-enzymatic anaerobic ammonium oxidation through a hydrazine intermediate

期刊：Nature Chemistry DOI：10.1038/s41557-024-01537-6