طور العلماء الألمان طريقة فعالة لامتصاص ثاني أكسيد الكربون من الهواء

, , ₂ . – , .

, , ₂. , 2-3 .

, . 350 ₂ . , , .

, ₂ , . , .


– (RuBisCO) – , ₂ , . , RuBisCO . , RuBisCO CO₂ .

طور الكيميائيون الحيويون بقيادة توبياس إيرب دورة امتصاص الكربون في المختبر مماثلة من نواح كثيرة لدورة كالفين. الاختلاف الرئيسي في الطريقة الجديدة هو أنها تستخدم أداة جزيئية أسرع وأكثر فعالية - إنزيم ECR ، الذي يقوم بنفس وظيفة RuBisCO ، أسرع بحوالي 9 مرات فقط. دعا Erb هذه العملية دورة CETCH. بالإضافة إلى إنزيم ECR ، قام العلماء بتسلسل وتجميع 16 محفزًا إضافيًا من 9 كائنات مختلفة لدورة CETCH.

تقوم دورة CETCH بتحويل CO ₂ المحمول جواً إلى جليكوكسيلاتفي 11 خطوة. في كل مرحلة ، يلزم وجود إنزيم يحول الجزيئات. تم اختيار كل من هذه الإنزيمات بعناية من بين 40 ألف محفز معروف. تم العثور على بعضها في جسم الإنسان والبكتيريا المعوية ، والبعض الآخر أخذ من النباتات والميكروبات التي تعيش في المحيطات.

اختبر إرب وزملاؤه دورة CETCH في مختبرهم. قاموا بدمج جميع المحفزات المستخرجة مع كمية معينة من الوقود الكيميائي وحساب كمية ثاني أكسيد الكربون التي تمت إزالتها من الهواء. ووجدوا أن دورتهم كانت أكثر كفاءة بنسبة 25٪ من دورة كالفين في النباتات والطحالب. تحول CETCH ثاني أكسيد الكربون إلى جزيئات عضوية بمعدل 5 نانومول CO ₂ في الدقيقة لكل مليغرام من البروتين.

بتشجيع من الاستعادة الناجحة للشبكة الأنزيمية الاصطناعية في المختبر ، والتي ، علاوة على ذلك ، يمكن أن تتنافس مع الدورات الطبيعية ، يفتح Erb عدة أبواب في وقت واحد لاستخدام تقنية CETCH. إذا تم إدخال الإنزيمات الاصطناعية في كائن حي ، فإن دورة CETCH ستدعم عملية التمثيل الضوئي الطبيعي. في النهاية ، يمكن أن يكون بمثابة حافزًا لتطوير عملية التمثيل الغذائي للكربون ذاتي الاكتفاء الذاتي ، بالكامل في أنظمة البكتريا والطحالب.

يشير Erb إلى أنه من الصعب جدًا في هذه المرحلة التنبؤ بمدى سرعة مقارنة CETCH المركبة مع دورة Calvin ، التي تعمل في الكائنات الحية. ولكن بما أنه يمر بخطوات أقل وأنزيماته أسرع ، يتوقع العلماء التسارع مرتين أو ثلاث مرات. في النهاية ، قد تكون أبطأ قليلاً من دورة كالفين. العلماء لا يعرفون هذا بالتأكيد ، حتى الآن.

على الرغم من أن الجليكوكسيلات التي يتم إنتاجها أثناء دورة CETCH غير مجدية إلى حد كبير في حد ذاتها ، إلا أنه يمكن تحويلها بسهولة إلى مادة كيميائية أخرى مناسبة لإنتاج الوقود الحيوي أو المضادات الحيوية.

يأمل العلماء أنه في يوم من الأيام يمكن إدخال دورة CETCH في كائن حي باستخدام طرق الهندسة الوراثية. ومع ذلك ، فهذه مهمة صعبة للغاية ، ولحلها من الضروري إجراء الكثير من البحث. ليس لدى فريق Erb الآن أي فكرة عما سيحدث إذا تم وضع دورتهم داخل نظام الخلية الحية.

"حاول أن تتخيل أن العلماء كانوا قادرين على إنشاء شيء مثل الأوراق الاصطناعية أو أي نظام هجين آخر حيث يمكن للألواح الشمسية الكهروضوئية أن توفر الطحالب والبكتيريا التي تعيش تحتها تحت الطاقة. ثم باستخدام دورة CETCH ، يمكنهم امتصاص ثاني أكسيد الكربون وإنتاج مواد كيميائية مفيدة.

. , – . , , , CO₂.

Science 18 2016
DOI: 10.1126 / science.aah5237