Catalizând o lume cu zero carbon, culegând energie din celulele vii

Metaboliții ciclului Krebs cad în materii prime cu carbon bogat în energie. Credit: Issey Takahashi

Oamenii de știință de la Universitatea Nagoya au făcut progrese în transformarea metaboliților cu deficit de energie într-o sursă regenerabilă datorită unui catalizator versatil.

Iminenta criză de mediu necesită o tranziție urgentă către o economie ecologică. O echipă de oameni de știință de la Universitatea Nagoya, Japonia, condusă de profesorul Susumu Saito, a găsit recent o modalitate interesantă de a realiza acest lucru – folosind o cale metabolică importantă în celulele vii. Obiectivul lor a fost de a transforma produsele de cale săracă în energie în produse regenerabile care ar putea potențial lumea noastră într-un mod durabil.

La majoritatea plantelor, animalelor, ciupercilor și bacteriilor, o cale numită „ciclul Krebs” este responsabilă pentru furnizarea de combustibil pentru ca celulele să își îndeplinească funcțiile. Operând pe mitocondrii, acest ciclu are ca rezultat în cele din urmă formarea a doi compuși bogați în energie precum NADH și FADH2 (care sunt folosite pentru a furniza energie organismului) și metaboliți cu deficit de energie, cum ar fi C4-, C5– și C6-acid policarboxilic (PCA). Recent, a fost explorată ideea modificării PCA-urilor foarte funcționalizate în molecule regenerabile, restabilind legăturile carbon-hidrogen (CH) care s-au pierdut în timpul creării lor. Acest lucru ar necesita ca aceste biomolecule să sufere reacții numite „deshidratare” și „reducere”, adică inversarea ciclului Krebs – un proces complicat.

În noul lor studiu, care a fost publicat în Progrese în știință, Prof. Saito și echipa sa au preluat provocarea cu scopul de a găsi un „catalizator” artificial, o moleculă care ar putea facilita această modificare. S-au concentrat pe un precursor puternic și versatil numit „complexul iridiu (Ir) -fosfină-bipiridină-fosfină (PNNP)”. Prof. Saito spune, “Un catalizator activ metalic la fel ca catalizatorul (PNNP) Ir poate facilita hidrogenarea și deshidratarea selectivă a materiilor prime cu biomasă foarte funcționalizată (foarte oxidată și oxigenată), precum metaboliții ciclului Krebs.”

Când oamenii de știință au testat utilizarea acestui precatalizator în C4-, C5– și C6-acizii policarboxilici și alți metaboliți legați de mitocondrie, au descoperit că legăturile CH erau implicate efectiv în metaboliți prin reacții de hidrogenare și deshidratare – acțiune altfel foarte dificil de realizat. Restaurarea legăturilor CH înseamnă că compușii organici cu conținut ridicat de energie pot fi generați din materiale cu consum redus de energie, care sunt abundente în natură. Mai mult, reacțiile au dus la compuși numiți “dioli” și “trioli”, care sunt utili ca agenți de hidratare și la construcția materialelor plastice și a altor polimeri. Singurul produs „deșeuri” din această reacție este apa, oferindu-ne o sursă curată de energie. Nu numai atât, aceste procese complexe pot apărea într-un „mod asemănător unui vas”, făcând acest proces eficient.

Prof. Saito și echipa sa sunt optimisti că cercetările lor vor avea consecințe semnificative pentru un viitor axat pe energia regenerabilă. Prof. Saito spune: „Materialele dăunătoare din carbon, cum ar fi rumegușul și alimentele alterate, conțin o colibă ​​cu diverși acizi carboxilici și potențialii derivați ai acestora. Catalizatorul molecular (PNNP) Ir poate fi utilizat pentru a produce materiale cu emisii zero. Multe materiale plastice și materiale polimerice pot fi produse din materii prime reziduale pe bază de biomasă folosind dioli și trioli obținuți din procesul de hidrogenare. “

Cu aceste descoperiri, cu siguranță se analizează o societate mai verde, mai neutră din punct de vedere al emisiilor de carbon.

Referință: „Reacția lui H2 cu metaboliți importanți pentru mitocondrii folosind un catalizator molecular multifuncțional ”de Shota Yoshioka, Sota Nimura, Masayuki Naruto și Susumu Saito, 23 octombrie 2020, Progrese în știință.
DOI: 10.1126 / sciadv.abc0274

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Ingineria interfeței limită între materialele 2D și 3D

din David L. Chandler, Institutul de Tehnologie din Massachusetts 2 martie 2021 Aceste imagini ale „insulelor” atomilor de aur depuse într-un strat bidimensional de sulfură de...

Cipul microfluidic simplifică testarea COVID-19, oferă rezultate pe un telefon în 55 de minute sau mai puțin

Nanobeads programate sunt asociate cu un telefon mobil exterior și instrumentul de diagnosticare plug-in poate diagnostica COVID-19 în 55 de minute sau mai puțin,...

O mușcătură puternică, mortală, foarte rapidă a unei furnici Trap-maxilar

Micile schimbări de formă pot duce la inovații în funcție, arată un nou studiu. Cercetătorii au dezvăluit modul în care o capcană de furnici -...

Recenziile școlare parentale sunt legate de indicatorii demografici și rezultatele testelor, nu de performanța școlară

Comentariile părinților au reflectat diferențele dintre rasă și venituri în școlile publice de K-12. Prima analiză a comentariilor părinților despre școlile publice din K-12 din...

Un aisberg masiv – de 10 ori mai mare decât San Francisco – rupe raftul principal de gheață din Antarctica

Noile imagini radar captate de misiunea Copernicus Sentinel-1 arată o aisberg de 1.270 km² care se relaxează și se îndepărtează rapid de raftul de...

Newsletter

Subscribe to stay updated.