Artikel
dari technologyScientists mempelajari suatu enzim yang secara alami
menghasilkan alkana-panjang karbon-rantai molekul yang bisa menjadi
pengganti langsung untuk hidrokarbon dalam bensin-sudah tahu mengapa
reaksi alami biasanya berhenti setelah tiga sampai lima siklus. Berbekal pengetahuan itu, mereka telah menyusun strategi untuk menjaga reaksi terjadi. The
biokimia rincian-bekerja di US Department of Energy Brookhaven National
Laboratory dan dijelaskan dalam Prosiding National Academy of Sciences
minggu 4 Februari 2013-memperbaharui minat dalam menggunakan enzim pada
bakteri, ganggang, atau tanaman untuk menghasilkan biofuel yang tidak perlu diproses lebih lanjut.
"Alkana sangat mirip dengan karbon-rantai molekul dalam bensin. Mereka merupakan alternatif terbarukan yang potensial untuk menggantikan komponen petrokimia bensin, "kata Brookhaven biokimia John Shanklin, yang memimpin penelitian, yang dilakukan sebagian besar oleh mantan Brookhaven Postdoc Carl Andre, sekarang bekerja di BASF Plant Science di North Carolina, dan Xiaohong Yu dari Brookhaven Biosciences Department. "Berbeda dengan proses mogok biomassa tanaman untuk gula dan fermentasi mereka untuk etanol," kata Shanklin, "alkana biologis yang dihasilkan bisa diambil dan digunakan secara langsung sebagai bahan bakar."
Para ilmuwan Hidupkan Beracun By-Produk Ke Booster BiofuelDitulis Kemarin
Para ilmuwan mempelajari suatu enzim yang secara alami menghasilkan alkana-panjang karbon-rantai molekul yang bisa menjadi pengganti langsung untuk hidrokarbon dalam bensin-sudah tahu mengapa reaksi alami biasanya berhenti setelah tiga sampai lima siklus. Berbekal pengetahuan itu, mereka telah menyusun strategi untuk menjaga reaksi terjadi. The biokimia rincian-bekerja di US Department of Energy Brookhaven National Laboratory dan dijelaskan dalam Prosiding National Academy of Sciences minggu 4 Februari 2013-memperbaharui minat dalam menggunakan enzim pada bakteri, ganggang, atau tanaman untuk menghasilkan biofuel yang tidak perlu diproses lebih lanjut.
"Alkana sangat mirip dengan karbon-rantai molekul dalam bensin. Mereka merupakan alternatif terbarukan yang potensial untuk menggantikan komponen petrokimia bensin, "kata Brookhaven biokimia John Shanklin, yang memimpin penelitian, yang dilakukan sebagian besar oleh mantan Brookhaven Postdoc Carl Andre, sekarang bekerja di BASF Plant Science di North Carolina, dan Xiaohong Yu dari Brookhaven Biosciences Department. "Berbeda dengan proses mogok biomassa tanaman untuk gula dan fermentasi mereka untuk etanol," kata Shanklin, "alkana biologis yang dihasilkan bisa diambil dan digunakan secara langsung sebagai bahan bakar."
Baru-baru ini penemuan enzim yang dikenal sebagai aldehida-deformylating oxygenase (ADO), yang secara alami membuat alkana dari prekursor pada bakteri tertentu, bunga dirangsang dalam memanfaatkan aksi enzim ini untuk membuat biofuel cair. Tapi upaya awal untuk menginstal ADO di laboratorium berbasis "pabrik" alkana menghasilkan hasil yang mengecewakan.
Demikian juga, eksperimen tim Brookhaven dalam uji tabung-menggunakan substrat disintesis dengan bantuan Sunny Kim di Perunut Radioaktif Brookhaven dan Biological Imaging kelompok-menghasilkan hasil yang sama orang lain telah mengamati: Enzim misterius berhenti bekerja setelah tiga sampai lima "turnovers" dan produksi alkana akan berhenti.
Keingintahuan Biokimia dan kemiripan yang luar biasa ADO untuk sekelompok enzim para ilmuwan Brookhaven akrab dengan menarik mereka lebih dalam misteri mengapa enzim berhenti bekerja.
"Kami mulai bekerja untuk mencoba memahami biokimia ADO karena sangat mirip dengan enzim desaturase yang kita pelajari, tetapi melakukan reaksi yang sangat berbeda dan menarik," kata Shanklin.
Penemuan-bahwa kunci sistem alkana penghasil menciptakan produk sampingan yang beracun ke ADO enzim-tak terduga. Itu juga merupakan kunci untuk memecahkan masalah omset.
Untuk menyederhanakan analisis ADO, para ilmuwan menguji apakah mereka bisa menggantikan hidrogen peroksida untuk protein transfer elektron dan oksigen biasanya diperlukan untuk reaksi-an alkana yang memproduksi pendekatan yang telah bekerja untuk sebuah enzim yang terkait. Tapi bukannya merangsang produksi alkana, tidak ada alkana sama sekali diproduksi, dan dalam percobaan kontrol yang mengandung semua komponen ditambah hidrogen peroksida, alkana produksi juga diblokir.
"Ternyata salah satu protein transpor elektron yang berinteraksi dengan oksigen untuk menghasilkan hidrogen peroksida, dan penumpukan hidrogen peroksida adalah 'keracunan' enzim ADO, benar-benar menghambat aktivitasnya," kata Shanklin.
Untuk mengkonfirmasi bahwa hidrogen peroksida adalah penumpukan masalah dan sekaligus menguji apakah deplesi yang mungkin meningkatkan produksi alkana, Shanklin dan timnya mencoba menambahkan enzim lain, katalase, yang memetabolisme hidrogen peroksida menjadi oksigen dan air.
"Ketika kita menambahkan kedua enzim, bukan reaksi balik lebih dari tiga kali sebelum berhenti, berlari selama lebih dari 225 siklus," kata Shanklin.
Jadi para ilmuwan memutuskan untuk membuat "bi-fungsional" enzim dengan menghubungkan dua bersama-sama.
"Kami beralasan bahwa dengan ADO dan enzim katalase terkait, sebagai konsentrasi hidrogen peroksida dekat meningkat enzim, katalase bisa mengubahnya menjadi oksigen, mengurangi hambatan dan dengan demikian menjaga reaksi terjadi," katanya.
Sel-sel hidup sering mengandung kadar hidrogen peroksida yang cukup untuk menyebabkan penghambatan ADO. Jadi ada pertanyaan tentang apakah enzim ganda akan meningkatkan produksi alkana di bawah kondisi alam.
Hasil sampai saat ini telah mendorong: Dalam percobaan dalam tabung reaksi dan studi percontohan pada bakteri, enzim bi-fungsional mengakibatkan setidaknya peningkatan lima kali lipat dalam produksi alkana dibandingkan dengan ADO saja. Dan, selain menghilangkan hidrogen peroksida sebagai inhibitor dari ADO, enzim combo sebenarnya membantu mendorong reaksi alkana penghasil oleh oksigen memproduksi, salah satu komponen kunci yang diperlukan untuk aktivitas.
"Enzim ini bi-fungsional secara bersamaan mengurangi konsentrasi inhibitor dan meningkatkan konsentrasi komponen reaksi yang diperlukan dengan mengubah inhibitor ke dalam substrat," kata Shanklin.
Sekarang para ilmuwan sedang bekerja untuk menginstal enzim combo di ganggang atau tanaman hijau.
"Sementara ADO yang mengandung bakteri mengubah gula yang kita makan kepada mereka dalam alkana, akan jauh lebih efisien untuk menghasilkan alkana dalam organisme fotosintetik menggunakan karbon dioksida dan sinar matahari," kata Shanklin.
Para ilmuwan juga menunjukkan bahwa pendekatan umum strategis merancang enzim fusi untuk memecah inhibitor molekul kecil dapat digunakan untuk meningkatkan efisiensi dari berbagai reaksi. Mengalahkan inhibisi alami, suatu proses yang mereka gambarkan sebagai "perlindungan melalui metabolisme inhibitor" (PIM), akan memungkinkan enzim bifunctional tersebut berfungsi lebih efisien daripada rekan-rekan alami mereka.
"Alkana sangat mirip dengan karbon-rantai molekul dalam bensin. Mereka merupakan alternatif terbarukan yang potensial untuk menggantikan komponen petrokimia bensin, "kata Brookhaven biokimia John Shanklin, yang memimpin penelitian, yang dilakukan sebagian besar oleh mantan Brookhaven Postdoc Carl Andre, sekarang bekerja di BASF Plant Science di North Carolina, dan Xiaohong Yu dari Brookhaven Biosciences Department. "Berbeda dengan proses mogok biomassa tanaman untuk gula dan fermentasi mereka untuk etanol," kata Shanklin, "alkana biologis yang dihasilkan bisa diambil dan digunakan secara langsung sebagai bahan bakar."
Para ilmuwan Hidupkan Beracun By-Produk Ke Booster BiofuelDitulis Kemarin
Para ilmuwan mempelajari suatu enzim yang secara alami menghasilkan alkana-panjang karbon-rantai molekul yang bisa menjadi pengganti langsung untuk hidrokarbon dalam bensin-sudah tahu mengapa reaksi alami biasanya berhenti setelah tiga sampai lima siklus. Berbekal pengetahuan itu, mereka telah menyusun strategi untuk menjaga reaksi terjadi. The biokimia rincian-bekerja di US Department of Energy Brookhaven National Laboratory dan dijelaskan dalam Prosiding National Academy of Sciences minggu 4 Februari 2013-memperbaharui minat dalam menggunakan enzim pada bakteri, ganggang, atau tanaman untuk menghasilkan biofuel yang tidak perlu diproses lebih lanjut.
"Alkana sangat mirip dengan karbon-rantai molekul dalam bensin. Mereka merupakan alternatif terbarukan yang potensial untuk menggantikan komponen petrokimia bensin, "kata Brookhaven biokimia John Shanklin, yang memimpin penelitian, yang dilakukan sebagian besar oleh mantan Brookhaven Postdoc Carl Andre, sekarang bekerja di BASF Plant Science di North Carolina, dan Xiaohong Yu dari Brookhaven Biosciences Department. "Berbeda dengan proses mogok biomassa tanaman untuk gula dan fermentasi mereka untuk etanol," kata Shanklin, "alkana biologis yang dihasilkan bisa diambil dan digunakan secara langsung sebagai bahan bakar."
Baru-baru ini penemuan enzim yang dikenal sebagai aldehida-deformylating oxygenase (ADO), yang secara alami membuat alkana dari prekursor pada bakteri tertentu, bunga dirangsang dalam memanfaatkan aksi enzim ini untuk membuat biofuel cair. Tapi upaya awal untuk menginstal ADO di laboratorium berbasis "pabrik" alkana menghasilkan hasil yang mengecewakan.
Demikian juga, eksperimen tim Brookhaven dalam uji tabung-menggunakan substrat disintesis dengan bantuan Sunny Kim di Perunut Radioaktif Brookhaven dan Biological Imaging kelompok-menghasilkan hasil yang sama orang lain telah mengamati: Enzim misterius berhenti bekerja setelah tiga sampai lima "turnovers" dan produksi alkana akan berhenti.
Keingintahuan Biokimia dan kemiripan yang luar biasa ADO untuk sekelompok enzim para ilmuwan Brookhaven akrab dengan menarik mereka lebih dalam misteri mengapa enzim berhenti bekerja.
"Kami mulai bekerja untuk mencoba memahami biokimia ADO karena sangat mirip dengan enzim desaturase yang kita pelajari, tetapi melakukan reaksi yang sangat berbeda dan menarik," kata Shanklin.
Penemuan-bahwa kunci sistem alkana penghasil menciptakan produk sampingan yang beracun ke ADO enzim-tak terduga. Itu juga merupakan kunci untuk memecahkan masalah omset.
Untuk menyederhanakan analisis ADO, para ilmuwan menguji apakah mereka bisa menggantikan hidrogen peroksida untuk protein transfer elektron dan oksigen biasanya diperlukan untuk reaksi-an alkana yang memproduksi pendekatan yang telah bekerja untuk sebuah enzim yang terkait. Tapi bukannya merangsang produksi alkana, tidak ada alkana sama sekali diproduksi, dan dalam percobaan kontrol yang mengandung semua komponen ditambah hidrogen peroksida, alkana produksi juga diblokir.
"Ternyata salah satu protein transpor elektron yang berinteraksi dengan oksigen untuk menghasilkan hidrogen peroksida, dan penumpukan hidrogen peroksida adalah 'keracunan' enzim ADO, benar-benar menghambat aktivitasnya," kata Shanklin.
Untuk mengkonfirmasi bahwa hidrogen peroksida adalah penumpukan masalah dan sekaligus menguji apakah deplesi yang mungkin meningkatkan produksi alkana, Shanklin dan timnya mencoba menambahkan enzim lain, katalase, yang memetabolisme hidrogen peroksida menjadi oksigen dan air.
"Ketika kita menambahkan kedua enzim, bukan reaksi balik lebih dari tiga kali sebelum berhenti, berlari selama lebih dari 225 siklus," kata Shanklin.
Jadi para ilmuwan memutuskan untuk membuat "bi-fungsional" enzim dengan menghubungkan dua bersama-sama.
"Kami beralasan bahwa dengan ADO dan enzim katalase terkait, sebagai konsentrasi hidrogen peroksida dekat meningkat enzim, katalase bisa mengubahnya menjadi oksigen, mengurangi hambatan dan dengan demikian menjaga reaksi terjadi," katanya.
Sel-sel hidup sering mengandung kadar hidrogen peroksida yang cukup untuk menyebabkan penghambatan ADO. Jadi ada pertanyaan tentang apakah enzim ganda akan meningkatkan produksi alkana di bawah kondisi alam.
Hasil sampai saat ini telah mendorong: Dalam percobaan dalam tabung reaksi dan studi percontohan pada bakteri, enzim bi-fungsional mengakibatkan setidaknya peningkatan lima kali lipat dalam produksi alkana dibandingkan dengan ADO saja. Dan, selain menghilangkan hidrogen peroksida sebagai inhibitor dari ADO, enzim combo sebenarnya membantu mendorong reaksi alkana penghasil oleh oksigen memproduksi, salah satu komponen kunci yang diperlukan untuk aktivitas.
"Enzim ini bi-fungsional secara bersamaan mengurangi konsentrasi inhibitor dan meningkatkan konsentrasi komponen reaksi yang diperlukan dengan mengubah inhibitor ke dalam substrat," kata Shanklin.
Sekarang para ilmuwan sedang bekerja untuk menginstal enzim combo di ganggang atau tanaman hijau.
"Sementara ADO yang mengandung bakteri mengubah gula yang kita makan kepada mereka dalam alkana, akan jauh lebih efisien untuk menghasilkan alkana dalam organisme fotosintetik menggunakan karbon dioksida dan sinar matahari," kata Shanklin.
Para ilmuwan juga menunjukkan bahwa pendekatan umum strategis merancang enzim fusi untuk memecah inhibitor molekul kecil dapat digunakan untuk meningkatkan efisiensi dari berbagai reaksi. Mengalahkan inhibisi alami, suatu proses yang mereka gambarkan sebagai "perlindungan melalui metabolisme inhibitor" (PIM), akan memungkinkan enzim bifunctional tersebut berfungsi lebih efisien daripada rekan-rekan alami mereka.
Komentar
Posting Komentar