突破：通过从活细胞中收集能量来催化零碳世界

时间：2021-11-12 14:52:05 来源：

克雷布斯循环代谢物属于能量丰富的碳原料。

名古屋大学的科学家借助一种多功能催化剂，在将能量不足的代谢物转化为生物可再生资源方面取得了突破。

迫在眉睫的环境危机要求向绿色经济的紧急过渡。由斋藤进（Susumu Saito）教授领导的日本名古屋大学（Nagoya University）的一组科学家最近发现了一种实现这一目标的有趣方法，即利用活细胞中重要的代谢途径。他们的目标是将能源贫乏途径的产品转变为可生物再生的产品，以可持续方式为我们的世界提供动力。

在大多数植物，动物，真菌和细菌中，称为“克雷布斯循环”的途径负责为细胞履行其功能提供燃料。在线粒体中运行，此循环最终导致形成富含能量的化合物（如NADH和FADH2）（用于为生物提供动力）和缺乏能量的代谢物（如C4-，C5-和C6-多元羧酸（PCA））的形成。）。最近，通过恢复在创建过程中丢失的碳氢键（C-H），探索了将高度功能化的PCA修饰为可生物更新分子的想法。这将需要这些生物分子进行称为“脱水”和“还原”的反应，即逆转克雷布斯循环-一个复杂的过程。

在发表于《科学进展》上的新研究中，Saito教授及其团队通过寻找一种人造“催化剂”（一种可以促进这种修饰的分子）来应对这一挑战。他们专注于一种功能强大，用途广泛的预催化剂，称为“膦-联吡啶-膦（PNNP）铱（Ir）-联吡啶复合物”。齐藤教授说：“单活性金属催化剂，例如（PNNP）Ir催化剂，可以促进诸如Krebs循环代谢产物之类的高功能化（高度氧化和氧化）生物质原料的选择性加氢和脱水。”

当科学家测试了这种预催化剂在C4-，C5-和C6-多元羧酸及其他与线粒体相关的代谢物上的使用时，他们发现CH键通过加氢和脱水反应有效地掺入了代谢物中，这是一项非常了不起的壮举。很难实现。C-H键的恢复意味着可以从自然界中富含能量的贫乏材料中生成富含能量的有机化合物。而且，该反应产生了称为“二醇”和“三醇”的化合物，它们可用作保湿剂并用于建筑塑料和其他聚合物。该反应中唯一的“废物”产品是水，为我们提供了清洁的能源。不仅如此，这些复杂的过程可能以“一锅法”发生，从而使该过程高效。

齐藤教授及其团队乐观地认为，他们的研究将对以可再生能源为中心的未来产生重要影响。齐藤教授说：“诸如锯末和腐烂食品等浪费的碳原料中含有大量不同的羧酸及其潜在衍生物。分子（PNNP）Ir催化剂可用于制造零排放材料。使用从氢化过程中获得的二醇和三醇，可以从生物质基废料生产许多商品塑料和聚合物材料。”

有了这些发现，肯定会看到一个更加绿色，碳中和的社会。

参考：“使用多功能分子催化剂，H2与线粒体相关代谢物的反应”，Shota Yoshioka，Sota Nimura，Nasayto Nasayto和Sasumu Saito的研究，2020年10月23日，科学进展。DOI：
10.1126 / sciadv.abc0274

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