Aurrerapauso berriak energia garbiaren ekoizpenean, zenbait entzimari esker

24 abuztua, 2016
Oxigeno molekulek degradatzen duten gune aktiboa (koloreztatuta) hidrogenasaren erdi-erdian

Hidrogenasa entzimen degradazio-mekanismoa baldintza aerobikoetan egiaztatu du ikerketa batek. Litekeena da entzima horiek energia garbia ekoizteko gailu bioteknologikoetan erabiltzea.

 

Oxigenoak hidrogenasa entzimak inhibitzen ditu; entzima horiek hidrogenoa sortzeko eta bereizteko gai dira. Degradazio hori halabeharrezkoa da energia garbia ekoizteko entzima horiek izan ditzaketen aplikazio bioteknologikoetan. Horrenbestez, oinarrizkoa da prozesu horren mekanismoa ezagutzea. Nazioarteko ikerketa-talde batek, UCL (Erresuma Batua) eta CNRS (Frantzia) zentroetako ikertzaileak buru direla, eta nanoGUNEko Ikerbasque ikertzaile batekin elkarlanean, teoria eta esperimentuak uztartu ditu oxigenoaren erredukzioaren erreakzio kimikoaren etapa bakoitza karakterizatzeko, betiere entzimetan oinarrituta. Lan horren emaitzak Nature Chemistry aldizkarian argitaratu dituzte.

 

Erregai fosilak munduko energiaren % 80a baino gehiago dira. 1970eko eta ondoren 90ko hamarkadako energia-krisien geroztik, berotegi-efektuari buruzko ardurak azaltzen hasi zirenean, energia-iturri berriak aurkitzeko nahia etengabea izan da.  Hidrogenoa ohiko hautagaia da. Izan ere, hidrogenoaren errekuntza-prozesuak ura soilik sortzen du. Bioteknologiak hidrogeno hori energia garbia ekoizteko energia-iturri gisa erabiltzeko aukera paregabea eskaintzen du. Aukeretako bat hidrogenasa entzimak erabiltzea da. Entzima horiek ekosistema anaerobikoetan bizi diren hainbat mikroorganismotan aurkitzen dira, hala nola, zoruan bizi diren zenbait bakterioetan eta animalien heste-traktuetan edota alga zelulabakarretan.

 

Hidrogenasek protoien konbertsioa katalizatzen dute hidrogeno molekuletan (H2). Errekuntza-prozesu horrek energia askatzen du eta energia hori, esaterako, erregai-piletan erabil liteke, eta horrenbestez, baita gailu bioteknologikoetan erabili ere. Erreakzio hori katalizatzen duen gune aktiboak ioi metalikoak (burdina edo burdina eta nikela, biak) ditu. Burdina soilik duten gune aktiboak dituzten hidrogenasak dira hidrogeno molekulak ekoizteko aproposenak. Gune aktiboa —H-cluster deritzona— oso konplexua da eta proteina handi baten nukleoaren barrualdean ezkutatzen da. Aplikazio bioteknologikoetan hidrogenasak erabiltzeko arazo handienetako bat da bioerreaktore baten baldintza aerobikoetan jartzen direnean (oxigeno presio arruntetan), oxigeno molekularrak gune aktiboa degradatzen duela. Horrenbestez, H-clusterraren degradazio-prozesuaren mekanismoa ezagutzea eta ulertzea ezinbestekoa da hidrogenoan oinarritutako erregai-pila bat diseinatzeko garaian. Orain arteko ikerketak, ordea, ez dira erabakigarriak izan.

 

Arazo hori konpontzeko, nazioarteko ikertzaile-talde batek esperimentuak, simulazio molekularrak eta kalkulu teorikoak uztartu ditu. Metodo elektrokimikoak erabilita, ikertzaileek zehatz-mehatz neurtu dituzte entzimen degradazioan parte hartzen duten errreakzio kimikoen faseak. Halaber, fase horiek zenbait parametro esperimentaletan duten eragina neurtu dute, hala nola elektrodoaren potentzialean, pH-an, H2O/D2O trukean eta zenbait aminoazidoen mutazioan. Emaitzek kalkulu teorikoen iragarpenak baieztatu dituzte. Batetik, David de Sancho nanoGUNEko Ikerbasque ikertzaileak egindako dinamika molekularraren simulazioek oxigeno molekulak proteinaren gune aktibora iristeko jarraitzen dituen tunelak aztertu ditu. Urrats hori ezinbestekoa da degradazio-prozesuaren eta tunel horietako sarbideetan gerta litezkeen blokeo-egoera posibleak atzemateko. Bestetik, dentsitatearen funtzionalaren teoria erabili dute erreakzio-produktuak argitzeko eta erreakzioaren fase bakoitzeko abiadura-konstanteak neurtzeko.

 

Abuztuaren 22an Nature Chemistry aldizkarian argitaratutako ikerketa honek aukera eman du makromolekula biologiko horietan gertatzen diren erreakzio konplexuak karakterizatzeko. Horretarako, berrikuntza moduan, metodo konputazionalak eta esperimentalak uztartu dituzte. “Oraindik, industria-aplikazioetan erronka handiak badaude ere, ikerketa honek bide berriak irekitzen ditu sistema bizidunen entzimak eraginkortasunez erabiltzeko energia garbiaren ekoizpen-prozesuan”, dio De Sanchok.

nanobasque-nanotecnología

Erlazionatutako artikuluak

Orobat interesa dakizuke

View all arrow