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二氧化碳或成新资源!新型细菌酶可助力碳转化进程提速20倍

2022-05-06 16:27:11 来源:快科技

研究人员发现,一些分子胶和及时的扭曲,有助于细菌酶将二氧化碳转化为碳化合物,比植物酶在光合作用中的转化速度快20倍。这些结果将加速将二氧化碳转化为各种产品的进程。

碳固定,或将空气中的二氧化碳转化为富含碳的生物分子,对植物的生存至关重要。这就是光合作用的全部意义,也是一个巨大的循环系统的基石,这个系统使碳在植物、动物、微生物和大气中循环,从而维持地球上的生命。

然而,固定碳的“冠军”是土壤细菌,而不是植物。如果科学家们能够弄清楚某些细菌酶如何以比植物酶快20倍的速度完成碳固定的关键步骤,他们可能能够开发出人工光合作用,将温室气体转化为燃料、化肥、抗生素和其他产品。

现在,来自美国能源部SLAC国家加速器实验室、斯坦福大学、德国马克斯·普朗克陆地微生物研究所等机构的一个研究小组已经发现了一种细菌酶——一种促进化学反应的分子机器是如何启动以完成这一壮举的。

他们发现,这种酶不是一次抓住一个二氧化碳分子并把它们附着在生物分子上,而是由一对同步工作的分子组成,就像玩杂耍的人同时抛球和接球以更快地完成工作一样。

每组酶中的一个酶来捕捉一系列反应成分,而另一个则关闭其捕获的成分并进行固碳反应;然后,他们在一个连续的循环中不断转换角色。

研究小组发现,一个分子“胶水”将每对酶固定在一起,以便它们能够以协调的方式交替打开和关闭,而扭曲的运动则有助于将成分和成品从发生反应的口袋中“赶出来”。当胶水和扭动都存在时,固碳反应比没有它们时快100倍。

“这种细菌酶是我们所知道的最有效的碳固定器,我们对它能做什么想出了一个完整的解释,”SLAC和斯坦福大学的教授、这项研究的高级领导人之一Soichi Wakatsuki说,这项研究本周发表在了《ACS Central Science》杂志上。

二氧化碳或成新资源!新型细菌酶可助力碳转化进程提速20倍

“我们并不是要做一个光合作用的碳拷贝。我们想通过使用我们对工程的理解来重建自然界的概念,设计一个更有效的过程。这种‘光合作用2.0’可以在活体或合成系统中进行,如人工叶绿体——悬浮在油中的水滴。”他补充道。

标签: 二氧化碳 新型细菌酶 碳化合物 斯坦福大学

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