Cientistas alemães desenvolveram uma maneira eficaz de absorver o dióxido de carbono do ar

Apesar da grande variedade de organismos capazes de produzir enzimas para converter dióxido de carbono em compostos orgânicos, ainda ninguém foi capaz de usar esta capacidade para converter SO ₂ em biocombustíveis ou fontes renováveis para produção de produtos químicos valiosos. Uma concentração muito alta de dióxido de carbono na atmosfera é um problema sério, mas alguns cientistas vêem isso como uma oportunidade.

Uma equipe de pesquisadores do Instituto de Microbiologia da Terra da Sociedade Max Planck em Marburg, Alemanha, desenvolveu um novo método altamente eficiente para o processamento de CO ₂ para plantas . É baseado em uma nova enzima de ligação ao carbono .Graças ao qual esse processo pode hipoteticamente ir 2-3 vezes mais rápido.

Plantas e algas se saem muito bem para reduzir a quantidade de dióxido de carbono na atmosfera. Todos os anos eles consomem cerca de 350 bilhões de toneladas de CO _{2 em} todo o mundo. Quase todas as plantas fazem isso usando o mesmo processo químico, uma série de reações químicas chamadas ciclo de Calvin .

O ciclo de Calvin é um conjunto de transformações moleculares nas quais três átomos simples de uma molécula de CO ₂ são lentamente convertidos em glicose, um açúcar complexo. Este método é muito bem depurado pela evolução, mas os cientistas encontraram uma maneira de melhorá-lo.


A conclusão bem sucedida do ciclo de Calvin depende da ferramenta molecular específica - ribulose bifosfato carboxilase (RuBisCO) - enzima que captura de CO ₂ a partir de atmosfera e formas de uma molécula maior, para iniciar a conversão. O problema é que o RuBisCO está fazendo isso de forma relativamente lenta. Além disso, cada quinta tentativa do RuBisCO de fixar CO ₂ leva à perda de carbono do ciclo de Calvin e reduz a eficiência da fotossíntese.

Os bioquímicos liderados por Tobias Erb desenvolveram um ciclo de captação de carbono in vitro semelhante em muitos aspectos ao ciclo de Calvin. A principal diferença do novo método é que ele usa uma ferramenta molecular mais rápida e eficaz - a enzima ECR, que faz o mesmo trabalho que o RuBisCO, apenas 9 vezes mais rápido. Erb chamou esse processo de ciclo CETCH. Além da enzima ECR, os cientistas sequenciaram e sintetizaram mais 16 catalisadores de 9 organismos diferentes para o ciclo CETCH.

O ciclo CETCH converte CO ₂ transportado pelo ar em glioxilatoem 11 etapas. Em cada estágio, é necessária uma enzima que transforma moléculas. Cada uma dessas enzimas foi cuidadosamente selecionada entre 40 mil catalisadores conhecidos. Alguns deles foram encontrados no corpo humano e bactérias intestinais, outros foram retirados de plantas e micróbios que vivem nos oceanos.

Erb e seus colegas testaram o ciclo CETCH em seu laboratório. Eles combinaram todos os catalisadores extraídos com uma certa quantidade de combustível químico e calcularam a quantidade de dióxido de carbono removida do ar. Eles descobriram que seu ciclo era 25% mais eficiente que o ciclo de Calvin em plantas e algas. O CETCH converte dióxido de carbono em moléculas orgânicas a uma taxa de 5 nmol de CO ₂ por minuto por miligrama de proteína.

Encorajado pela restauração bem-sucedida da rede enzimática sintética in vitro, que, além disso, pode competir com os ciclos naturais, Erb abre várias portas ao mesmo tempo para usar a tecnologia CETCH. Se enzimas sintéticas forem introduzidas em um organismo vivo, o ciclo CETCH apoiará a fotossíntese natural. No final, também pode servir como um impulso para o desenvolvimento de um metabolismo de carbono auto-suficiente e totalmente sintético em sistemas bacterianos e algais.

Erb observa que, nesta fase, é muito difícil prever a rapidez com que o CETCH sintetizado será comparado ao ciclo de Calvin, que funciona em organismos vivos. Mas como ele passa por menos etapas e suas enzimas são mais rápidas, os cientistas esperam aceleração duas ou três vezes. Por fim, pode ser um pouco mais lento que o ciclo de Calvin. Os cientistas ainda não sabem disso com certeza.

Embora o glioxilato produzido durante o ciclo CETCH seja praticamente inútil, ele pode ser facilmente convertido em outro produto químico adequado para a produção de biocombustíveis ou antibióticos.

Os cientistas esperam que um dia o ciclo CETCH possa ser introduzido em um organismo vivo usando métodos de engenharia genética. No entanto, essa é uma tarefa muito difícil, cuja solução é necessária para realizar muitas pesquisas. A equipe de Erb agora não tem idéia do que acontecerá se o ciclo for colocado dentro de um sistema de células vivas.

“Tente imaginar que os cientistas foram capazes de criar algo como folhas artificiais ou qualquer outro sistema híbrido no qual os painéis solares fotovoltaicos possam fornecer energia às algas e bactérias que vivem sob elas. Então, usando o ciclo CETCH, eles podem absorver dióxido de carbono e produzir produtos químicos benéficos ”, diz Tobias Erb.

Agora, a base de toda a indústria química é o uso de combustíveis fósseis. Plásticos e têxteis, máquinas e antibióticos - tudo isso é produzido com uma enorme quantidade de emissões de dióxido de carbono. Em vez de sobrecarregar o planeta com novas emissões, a produção química poderia combater ativamente as mudanças climáticas, criando produtos saudáveis ​​a partir de CO ₂ .

O trabalho científico foi publicado na revista Science em 18 de novembro de 2016
DOI: 10.1126 / science.aah5237

Source: https://habr.com/ru/post/pt399203/