Un grupo de investigadores del Exzellenzcluster "Unifying Systems in Catalysis (UniSysCat)" ha revelado cómo ciertos tipos de bacterias son capaces de transformar el gas de efecto invernadero dióxido de carbono (CO2) en compuestos orgánicos energéticamente ricos, gracias a dos enzimas que contienen níquel. Este hallazgo se detalla en dos estudios publicados recientemente en la prestigiosa revista Nature Catalysis.
Transformación del CO2 mediante enzimas específicas
Los estudios se centran en las enzimas conocidas como Kohlenmonoxid-Dehydrogenase (CODH) y Acetyl-CoA-Synthase (ACS), que trabajan conjuntamente para convertir el CO2 primero en monóxido de carbono (CO) y luego en acetil-CoA, un tipo de ácido acético activado. Esta secuencia de reacciones es fundamental dentro del denominado Wood–Ljungdahl-Weg, uno de los procesos biológicos más antiguos para la fijación del carbono.
Investigadores de la Humboldt-Universität, en colaboración con científicos de la TU Berlín, han demostrado que el ion níquel presente en el centro activo de la CODH no solo actúa como un agente que une el CO2, sino que también proporciona los electrones necesarios para llevar a cabo la reacción. Esta versatilidad convierte al ion níquel en un elemento clave para la conversión del CO2.
Nuevas perspectivas en la investigación catalítica
A través de una combinación innovadora de técnicas como la difracción de rayos X y espectroscopia aplicada a cristales enzimáticos, los científicos han logrado visualizar, por primera vez, todos los estados catalíticamente relevantes junto con los reactivos unidos al enzima a nivel atómico.
El profesor Holger Dobbek, director del grupo de Estructura Biológica y Bioquímica en Humboldt-Universität, comentó: “Desde que obtuvimos nuestra primera estructura de las deshidrogenasas de monóxido de carbono ricas en níquel en 2001, me he preguntado sobre la función del ion níquel. Nuestras investigaciones recientes han comenzado a responder esta pregunta, revelando su inusual coordinación”. Por su parte, Yudhajeet Basak, primer autor del estudio, añadió: “Al comprender los antiguos mecanismos de fijación del CO2, podemos aplicarlos al desarrollo de nuevos catalizadores que faciliten la transición hacia una industria carbononeutral”.
Implicaciones para el medio ambiente y la química sostenible
Las conclusiones obtenidas no solo son significativas para la investigación básica; también podrían ofrecer un camino hacia la aplicación práctica. Los principios biológicos observados podrían trasladarse a procesos técnicos, permitiendo así el desarrollo futuro de catalizadores sintéticos inspirados en estas enzimas. Esto podría resultar crucial para convertir el CO2 eficientemente en productos químicos valiosos, contribuyendo así a una economía circular más sostenible.
Publicaciones relevantes:
Contacto:
Prof. Dr. Holger Dobbek
Institut für Biologie der Humboldt-Universität zu Berlin
holger.dobbek@hu-berlin.de
Dr. Christian Lorent
Institut für Chemie der Technischen Universität Berlin
christian.lorent@tu-berlin.de
Prof. Dr. Petra Wendler
Institut für Biologie und Biochemie der Universität Potsdam
petra.wendler@uni-potsdam.de
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