For at lave aminosyrer, tilføj bare elektricitet

Ny forskning fra Kyushu University i Japan kan en dag hjælpe med at give mennesker, der bor væk fra Jorden, nogle af de næringsstoffer, de har brug for for at overleve i rummet eller endda give fingerpeg om, hvordan livet startede.

Forskere ved International Institute for Carbon-Neutral Energy Research rapporterede om en ny proces, der bruger elektricitet til at drive effektiv syntese af aminosyrer, åbner døren for enklere og mindre ressourcekrævende produktion af disse nøglekomponenter for livet.

Udover at være de grundlæggende byggesten i proteiner, aminosyrer er også involveret i forskellige funktionelle materialer, såsom fodertilsætningsstoffer, smagsforstærkere, og lægemidler.

Imidlertid, de fleste aktuelle metoder til kunstigt fremstilling af aminosyrer er baseret på fermentering ved hjælp af mikrober, en proces, der er tid- og ressourceintensiv, hvilket gør det upraktisk at producere disse vitale næringsstoffer under pladsbegrænsede og ressourcebegrænsede forhold.

Dermed, forskere har ledt efter effektive produktionsmetoder drevet af elektricitet, som kan genereres fra vedvarende kilder, men bestræbelser hidtil har brugt elektroder af giftigt bly eller kviksølv eller dyrt platin og resulteret i lav effektivitet og selektivitet.

Takashi Fukushima og Miho Yamauchi melder nu ind Kemisk kommunikation at det lykkedes at effektivt syntetisere flere typer aminosyrer ved hjælp af rigelige materialer.

"Den overordnede reaktion er enkel, men vi havde brug for den rigtige kombination af udgangsmaterialer og katalysator for at få det til at fungere uden at stole på sjældne materialer, "siger Yamauchi.

Forskerne besluttede sig for en kombination af titandioxid som elektrokatalysator og en organisk syre kaldet alfa-ketosyre som det centrale kildemateriale. Titandioxid er rigeligt tilgængeligt på Jorden, og alfa-ketosyre kan let ekstraheres fra træagtig biomasse.

Placering af alfa-ketosyren og en kilde til nitrogen, såsom ammoniak eller hydroxylamin, i en vandbaseret løsning og kører elektricitet igennem den ved hjælp af to elektroder, hvoraf den ene var titandioxid, førte til syntese af syv aminosyrer - alanin, glycin, asparaginsyre, glutaminsyre, leucine, phenylalanin, og tyrosin - med høj effektivitet og høj selektivitet selv under milde forhold.

Brint, som også er nødvendig som en del af reaktionen, blev genereret under processen som et naturligt resultat af at køre elektricitet mellem elektroder i vand.

Udover at demonstrere reaktionen, forskerne byggede også en flowreaktor, der kontinuerligt elektrokemisk kan syntetisere aminosyrerne, angiver mulighederne for at skalere produktionen i fremtiden.

"Vi håber, at vores tilgang vil give nyttige spor til den fremtidige konstruktion af kunstige kulstof- og nitrogencyklusser i rummet, "kommenterer Yamauchi.

"Elektrokemiske processer menes også at have spillet en rolle i livets oprindelse ved at producere grundlæggende kemikalier for livet gennem ikke-biologiske veje, så vores fund kan også bidrage til at belyse mysteriet om skabelse af liv, «tilføjer hun.