Ilmuwan Jerman telah mengembangkan cara yang efektif untuk menyerap karbon dioksida dari udara

Meskipun berbagai macam organisme yang mampu menghasilkan enzim untuk mengubah karbon dioksida menjadi senyawa organik, masih ada yang telah mampu menggunakan kemampuan ini untuk mengkonversi SO ₂ menjadi biofuel atau sumber terbarukan untuk produksi bahan kimia yang berharga. Terlalu tinggi konsentrasi karbon dioksida di atmosfer adalah masalah serius, tetapi beberapa ilmuwan melihatnya sebagai peluang.

Sebuah tim peneliti dari Institute for Earth Microbiology dari Max Planck Society di Marburg, Jerman, telah mengembangkan metode baru yang sangat efisien untuk memproses CO ₂ untuk tanaman . Ini didasarkan pada enzim pengikat karbon baru.Berkat proses ini secara hipotesis dapat berjalan 2-3 kali lebih cepat.

Tumbuhan dan ganggang bekerja cukup baik untuk mengurangi jumlah karbon dioksida di atmosfer. Setiap tahun mereka mengonsumsi sekitar 350 miliar ton CO _{2 di} seluruh dunia. Hampir semua tanaman melakukan ini menggunakan proses kimia yang sama, serangkaian reaksi kimia yang disebut siklus Calvin .

Siklus Calvin adalah seperangkat transformasi molekuler di mana tiga atom sederhana dari molekul CO ₂ secara perlahan dikonversi menjadi glukosa, suatu gula kompleks. Metode ini cukup baik diperdebatkan oleh evolusi, tetapi para ilmuwan telah menemukan cara untuk memperbaikinya.


Keberhasilan penyelesaian siklus Calvin tergantung pada alat molekuler tertentu - ribulosa bifosfat karboksilase (RuBisCO) - enzim yang memerangkap CO ₂ dari atmosfer dan membentuk molekul besar untuk memulai konversi. Masalahnya adalah bahwa RuBisCO melakukan ini dengan relatif lambat. Selain itu, setiap upaya kelima oleh RuBisCO untuk memperbaiki CO ₂ menyebabkan hilangnya karbon dari siklus Calvin dan mengurangi efisiensi fotosintesis.

Ahli biokimia yang dipimpin oleh Tobias Erb mengembangkan siklus penyerapan karbon in vitro yang serupa dalam banyak hal dengan siklus Calvin. Perbedaan utama dari metode baru ini adalah bahwa ia menggunakan alat molekuler yang lebih cepat dan lebih efektif - enzim ECR, yang melakukan pekerjaan yang sama dengan RuBisCO, hanya sekitar 9 kali lebih cepat. Erb menyebut proses ini siklus CETCH. Selain enzim ECR, para ilmuwan mengurutkan dan mensintesis lebih banyak 16 katalis dari 9 organisme berbeda untuk siklus CETCH.

Siklus CETCH mengubah CO _{2 di} udara menjadi glioksilatdalam 11 langkah. Pada setiap tahap, enzim yang mengubah molekul dibutuhkan. Masing-masing enzim ini dipilih dengan cermat dari 40 ribu katalis yang dikenal. Beberapa dari mereka ditemukan di tubuh manusia dan bakteri usus, yang lain diambil dari tanaman dan mikroba yang hidup di lautan.

Erb dan rekan-rekannya menguji siklus CETCH di lab mereka. Mereka menggabungkan semua katalis yang diekstraksi dengan sejumlah bahan bakar kimia dan menghitung berapa banyak karbon dioksida yang dikeluarkan dari udara. Mereka menemukan bahwa siklus mereka 25% lebih efisien daripada siklus Calvin pada tanaman dan ganggang. CETCH mengubah karbon dioksida menjadi molekul organik pada laju 5 nmol CO ₂ per menit per miligram protein.

Didorong oleh keberhasilan pemulihan jaringan enzimatik sintetis secara in vitro, yang, apalagi, dapat bersaing dengan siklus alami, Erb membuka beberapa pintu sekaligus untuk menggunakan teknologi CETCH. Jika enzim sintetik dimasukkan ke dalam organisme hidup, siklus CETCH akan mendukung fotosintesis alami. Pada akhirnya, ini juga dapat berfungsi sebagai pendorong untuk pengembangan metabolisme karbon yang sepenuhnya mandiri dan sintetik dalam sistem bakteri dan alga.

Erb mencatat bahwa pada tahap ini sangat sulit untuk memprediksi seberapa cepat CETCH yang disintesis akan dibandingkan dengan siklus Calvin, yang bekerja pada organisme hidup. Tetapi karena ia melewati beberapa langkah lebih sedikit dan enzim-enzimnya lebih cepat, para ilmuwan mengharapkan akselerasi dua atau tiga kali. Pada akhirnya, mungkin sedikit lebih lambat dari siklus Calvin. Para ilmuwan belum mengetahui hal ini dengan pasti.

Meskipun glioksilat yang diproduksi selama siklus CETCH sebagian besar tidak berguna dalam dirinya sendiri, ia dapat dengan mudah dikonversi menjadi bahan kimia lain yang cocok untuk produksi biofuel atau antibiotik.

Para ilmuwan berharap bahwa suatu hari siklus CETCH dapat dimasukkan ke dalam organisme hidup menggunakan metode rekayasa genetika. Namun, ini adalah tugas yang sangat sulit, untuk menyelesaikan yang perlu dilakukan banyak penelitian. Tim Erb sekarang tidak tahu apa yang akan terjadi jika siklus mereka ditempatkan di dalam sistem sel hidup.

"Coba bayangkan bahwa para ilmuwan mampu menciptakan sesuatu seperti daun buatan atau sistem hibrid lain di mana panel surya fotovoltaik dapat menyediakan energi bagi ganggang dan bakteri di bawahnya. Kemudian, dengan menggunakan siklus CETCH, mereka dapat menyerap karbon dioksida dan menghasilkan bahan kimia yang bermanfaat, ”kata Tobias Erb.

Sekarang dasar dari seluruh industri kimia adalah penggunaan bahan bakar fosil. Plastik dan tekstil, mesin dan antibiotik - semua ini diproduksi dengan sejumlah besar emisi karbon dioksida. Alih-alih membebani planet ini dengan emisi baru, produksi kimia dapat secara aktif memerangi perubahan iklim, menciptakan produk-produk sehat dari CO ₂ .

Karya ilmiah diterbitkan dalam jurnal Science pada 18 November 2016
DOI: 10.1126 / science.aah5237

Source: https://habr.com/ru/post/id399203/