Forskere afslører, hvordan molekylære vejspærringer bremser nedbrydningen af ​​cellulose til biobrændstoffer

Forskere ved University of California, Berkeley, har opdaget, hvordan molekylære vejspærringer bremser nedbrydningen af ​​cellulose, hovedbestanddelen af ​​plantecellevægge, til sukkerarter, der kan fermenteres til biobrændstoffer. Resultaterne, offentliggjort i tidsskriftet Nature Communications, kan hjælpe forskere med at designe enzymer, der mere effektivt nedbryder cellulose til produktion af biobrændstof.

Cellulose er et komplekst sukkermolekyle, der er sammensat af lange kæder af glukosemolekyler. For at omdanne cellulose til biobrændstoffer skal det først nedbrydes til glukosemolekyler. Denne proces, kendt som cellulosehydrolyse, udføres typisk af enzymer kaldet cellulaser.

Imidlertid er nedbrydningen af ​​cellulose ofte langsom og ineffektiv på grund af tilstedeværelsen af ​​molekylære vejspærringer. Disse vejspærringer omfatter lignin, en kompleks polymer, der dækker overfladen af ​​cellulosefibre, og hemicellulose, en anden type sukkermolekyle, der er tæt forbundet med cellulose.

I deres undersøgelse brugte forskerne en kombination af eksperimentelle og beregningsmæssige teknikker til at undersøge, hvordan disse molekylære vejspærringer hæmmer aktiviteten af ​​cellulaser. De fandt ud af, at lignin og hemicellulose begge kan blokere de aktive steder af cellulaser, hvilket forhindrer dem i at binde sig til og nedbryde cellulose.

Forskerne fandt også ud af, at tilstedeværelsen af ​​lignin og hemicellulose også kan bremse diffusionen af ​​cellulaser til celluloseoverfladen. Det betyder, at det tager længere tid for enzymerne at nå cellulosen og begynde at nedbryde den.

Resultaterne af denne undersøgelse kan hjælpe forskere med at designe cellulaser, der er mere modstandsdygtige over for molekylære vejspærringer. Dette kan føre til mere effektiv og omkostningseffektiv produktion af biobrændstof.

"Vores undersøgelse giver en detaljeret forståelse af, hvordan molekylære vejspærringer hæmmer nedbrydningen af ​​cellulose," sagde ledende forsker Jennifer Reed, en postdoc-forsker ved Institut for Kemi ved UC Berkeley. "Denne information kan bruges til at designe cellulaser, der er mere effektive til at nedbryde cellulose til produktion af biobrændstof."

Forskerholdet arbejder nu på at designe nye cellulaser, der er mere modstandsdygtige over for molekylære vejspærringer. De håber, at disse enzymer en dag kan bruges til at producere biobrændstoffer mere effektivt og omkostningseffektivt.