Forskere observerer enzymer, der nedbryder cellulose for at hjælpe produktionen af ​​biobrændstoffer

Biobrændstoffer hentet fra biomasse bliver stadig vigtigere. Bortset fra biomethan, imidlertid, de kan ikke produceres effektivt, billigt og bæredygtigt, da den nuværende teknologiske kompleksitet og omkostninger stadig er for høje. Delvis skylden er cellulose, et polysaccharid og plantebestanddel, der ikke er vandopløseligt og dermed svært at bearbejde.

Typisk, bioraffinaderier bruger en blanding af hydrolytisk aktive enzymer, der udnytter vandmolekyler til at nedbryde plantemateriale - som det sker i naturlige nedbrydningsprocesser. For nylig, oxidative enzymer blev opdaget, som udnytter ilt og arbejder sammen med hydrolytiske enzymer for at nedbryde cellulose mere effektivt. Men hvordan fungerer disse oxidative enzymer - også kendt som LPMO'er (lytiske polysaccharidmonooxygenaser) - var ikke kendt. På dette stadium, at Graz -forskerne kom i gang.

Ved hjælp af atomkraftmikroskopi, forskerne var i stand til at observere enzymer på arbejde på overfladen af ​​cellulosepartikler for første gang og give direkte bevis på deres aktivitet. I flere år nu, instituttet for bioteknologi og biokemisk teknik har arbejdet tæt sammen med Graz Center for Elektronmikroskopi.

For undersøgelsen, der i øjeblikket er offentliggjort i Naturkommunikation , det hydrolytisk aktive enzym Trichoderma reesei CBH I, som har været kendt længe, blev observeret i et første trin. Enzymet adsorberer på overfladen af ​​en partikel, bevæger sig langs en polysaccharidkæde og trin for trin spalter flere og flere små dele af. I et yderligere trin, det er blevet observeret, hvordan enzymernes adfærd ændres, når LPMO'er tilsættes til blandingen. Og her kunne forskerne konstatere både, at LPMO'erne genererede flere bindingssteder på overfladen for de hydrolytisk aktive enzymer, og at enzymdynamikken på overfladen steg betydeligt.

Denne undersøgelse vil bidrage til en bedre forståelse af disse processer på et grundforskningsniveau, og i et yderligere trin vil lette produktionen af ​​biobrændstoffer. Som regel, inden for kemi er vi fokuseret på opløselige produkter, som let kan måles, at uddybe forståelsen af ​​en reaktion. Imidlertid, for en reaktion, der finder sted på en fast overflade, er en sådan fremgangsmåde ikke mulig. Vi ville observere og dokumentere skridtet før det, det er, processen med nedbrydning af cellulose, "siger Manuel Eibinger, hovedforfatter af undersøgelsen ved Institute of Biotechnology and Biochemical Engineering.

Bernd Nidetzky, leder af Institut for Bioteknologi og Biokemisk Teknik ved TU Graz:"Ordsproget kommer til at tænke 'et billede er tusind ord værd'. I denne undersøgelse ville vi dokumentere processerne, som de forekommer i tide. Og det er det, vi klarede at gøre."