Na putu do biološke alternative

Carl Jung and The Value of Anxiety Disorders (Lipanj 2019).

Anonim

Istraživački tim prof. Dr. Olivera Einslea na Institutu za biokemiju Sveučilišta u Freiburgu dugo je istraživao funkcioniranje nitrogenase. Sada skupina uvodi prvu trodimenzionalnu strukturnu analizu enzimske varijante koja sadrži vanadij. U okviru pripreme doktorskog rada, Daniel Sippel uspio je proizvoditi i kristalizirati vanadijsku nitrogenazu. Uzimajući ovo kao svoju osnovu, upotrijebio je eksperimente difrakcije rendgenskih zraka kako bi razjasnio prostornu strukturu na razini atomske rezolucije. Dugoročni cilj tima je da bi biotehnologijski korisno dušik bi bio korisan kako bi se razvile alternative industrijskim kemijskim procesima. Istraživači su prezentirali svoje nalaze u znanstvenom časopisu Nature Chemical Biology.

Element dušika (N) je ključna komponenta svih organskih makromolekula. Njegova dostupnost u biosferi ograničena je činjenicom da je globalna pojava dušika uglavnom ograničena na plin N2 u atmosferi. Stabilnost N2 nadalje čini nedostupnim gotovo svim organizmima. Biološki dostupan dušik za poljoprivredno gnojivo načinjen je od 1906. koristeći Haber-Bosch proces. Ovaj industrijski proces pretvara atmosferski dušik (N2) u amonijak reakcijom vodikom. Njezin je značaj toliko važan danas jer se proizvodnja hrane za više od polovice svjetskih ljudi može zajamčiti samo uz pomoć dušikovih gnojiva. U prirodi samo jedan enzim - bakterijski dušik - može postići istu reakciju, ali bez emitiranja suvišnih spojeva dušika u okoliš, ili drugim riječima, ispiranje nitrata u podzemne vode. Ipak, do sada je djelomično objašnjena funkcija ovog složenog enzimskog sustava koji sadrži metal koji sadrži metal.

Einsleov tim već je poduzeo značajan korak ka većem razumijevanju dušilaze. Istraživači su mogli inhibirati aktivnost enzima koristeći toksični plin ugljični monoksid (CO) kako bi pokazao kako se inhibitor veže na željezov molibden kofaktor (FeMoco). Poznat kao jezgra nitrogenase, nazvan je za elemente koji sadrži. FeMoco može katalizirati reakciju dušika i vodika u prirodnoj verziji Haber-Bosch procesa. Istodobno je poznato da varijanta duznice koja sadržava vanadij umjesto molibdena u svom aktivnom centru i zbog toga naziva FeVco također može pretvoriti ugljični monoksid. Proizvodi ove reakcije su smanjeni spojevi ugljika u obliku kratkog lanca ugljika. Ova reakcija je enzimska verzija drugog značajnog kemijskog procesa - sinteza ugljikovodika Fischer-Tropsch koja se može koristiti na velikom mjerilu za sintetiziranje goriva iz industrijskih otpadnih plinova, na primjer.

Vanadijska dušipola koja se nalazi u bakterijama tla može u prirodnom okruženju izvesti istu sintezu koja je jedino moguće u industrijskim procesima uz pomoć ekstremnih tlakova i visokih temperatura. Haber-Bosch i Fischer-Tropsch procesi godišnje se koriste za pretvaranje stotina milijuna tona odgovarajućih plinova - N2 i CO - čineći mogućnost održive biološke alternative znatnog znanstvenog interesa.

Tijekom istraživanja, postalo je očito da su većina dijelova arhitekture enzima slična "izvornom" molibdenu. Ipak, postoji značajna razlika koja ih razdvaja - atomsku strukturu katalitičkog kofaktora. Sippel i Einsle otkrili su da vanadijski ion zamjenjuje molibdenski ion u FeVco i uključuje dodatnu zamjenu iona za premošćivanje sulfida s kemijski vrlo različitim karbonatnim anionom (μ-1, 3 karbonat-premošćavajući ligand). Ono što u početku izgleda kao manja razlika ima dalekosežne učinke na geometrijsku i elektronsku strukturu kofaktora.

Istraživanje financira Europsko vijeće za istraživanje (ERC) i njemačka istraživačka zaklada (DFG) u okviru istraživačke skupine za izobrazbu iz 1976. godine "Funkcionalna raznolikost kofaktora" Sveučilišta u Freiburgu i Prioritetni program "Željezni sumpor za Život."

menu
menu