Gennembrud i at udnytte kraften fra biologiske katalysatorer

Naturens kraft kan snart bruges til at skabe daglige materialer såsom maling, kosmetik og lægemidler på en meget mere miljøvenlig måde, takket være et nyt gennembrud fra videnskabsmænd.

Det internationale hold, involverer Dr. Simon Freakley fra Center for Sustainable Chemical Technologies ved University of Bath, har med succes låst op for de katalytiske evner af enzymer taget fra svampe ved at skabe de perfekte betingelser, der er nødvendige for, at de kan fungere.

Dette kan potentielt føre til grønnere måder at skabe et væld af industrielle kemikalier på på en meget mere effektiv måde, ved at kombinere enzymet med en heterogen katalysator og kun producere vand som reaktionsbiprodukt.

Katalyse er processen med at øge hastigheden af ​​en kemisk reaktion ved at tilføje et stof kendt som en katalysator.

Katalysatorer er meget brugt i industrien til at producere produkter på en meget hurtigere og mere effektiv måde, med det globale katalysemarked til en værdi af mere end $25 mia.

Alligevel er videnskabsmænd konstant på udkig efter potentielle nye katalysatorer og ser ofte til naturen for at få inspiration. Enzymer, som er kendt for at katalysere adskillige biokemiske reaktionstyper, er uovertruffen, når det kommer til at fremskynde kemiske reaktioner under milde forhold og har længe været oplagte kandidater.

Af særlig interesse for videnskabsmænd er enzymer kendt som peroxygenaser, som er afledt af svampe, blandt andre organismer.

For at fungere effektivt, når det bruges i industrien, enzymer har brug for en konstant forsyning af oxidant, som for peroxygenaser normalt leveres fra hydrogenperoxid (H ₂ O ₂ ).

H ₂ O ₂ i sig selv leveres ofte af en anden understøttende katalysator, med nuværende tilgange, der anvender yderligere enzymsystemer, men dette resulterer ofte i komplicerede reaktionsblandinger.

En ny tilgang har været at kombinere brint (H ₂ ) og oxygen (O ₂ ) direkte for at producere H ₂ O ₂ ; imidlertid, de specifikke katalysatorer, der bruges til denne type reaktion, virker under meget barske forhold, som enzymer ikke bryder sig om.

Som sådan, dette har været en stor hindring for forskere, der forsøger at maksimere enzymernes katalytiske potentiale, da de har fundet det vanskeligt at udvikle understøttende katalysatorer, der kan fungere i et enzyms ideelle miljø uden at forårsage skade på selve enzymet.

I deres nye undersøgelse, offentliggjort i tidsskriftet Naturkommunikation , holdet har med succes udviklet en katalysator lavet af guld og palladium nanopartikler, der kan producere en konstant strøm af H ₂ O ₂ til enzymet under meget mere godartede forhold. Dette forbruges af enzymet i samme reaktionsbeholder for at udføre den kemiske transformation, resulterer kun i vand som et biprodukt af hele den kombinerede katalytiske proces.

Hovedforfatter Dr. Freakley sagde:"Vores katalysator kan producere den helt rigtige mængde H ₂ O ₂ for enzymet til at drive hele processen under milde forhold. Disse transformationer ville kræve meget hårdere betingelser, hvis man kun bruger traditionelle heterogene katalysatorer.

"Vi viser, at H ₂ O ₂ forbruges af enzymet for at oxidere en række organiske molekyler med høj selektivitet.

"Dette er et ekstremt vigtigt skridt i retning af at udnytte enzymernes kraft til at skabe en række molekyler, fra råvare til finkemikalier, på en meget grønnere og mere effektiv måde. Viser muligheden for, at biokatalysatorer kan integreres i den nuværende kemiske infrastruktur."