Китайские химики разработали набор из нескольких ферментов, чья комбинация напрямую превращает углекислый газ в чистый крахмал и делает это в 8,5 раза быстрее, чем формируются углеводы в клетках растений, сообщает сегодня, 24 сентября, ТАСС. Итоги первых экспериментов с этими биокатализаторами были опубликованы в статье в журнале Science.

«Нам удалось превратить смесь из углекислого газа и водорода в чистый крахмал при помощи неорганического катализатора на базе цинка и циркония, а также набора из нескольких ферментов. Пространственное и временное разграничение их работы позволило нам достичь рекордно высокой эффективности выработки крахмала, которая в 8,5 раза превышает типичные показатели такого рода для кукурузы и других растений», — пишут исследователи.

Химики уже много десятилетий разрабатывают методики превращения атмосферного углекислого газа в биотопливо и другие полезные вещества. Этому мешает то, что молекулы CO2 необычно устойчивы с химической точки зрения — для их расщепления необходимо очень большое количество энергии. Эта особенность углекислого газа мешает не только человеку, но и всем живым существам, лишь небольшая доля которых — растения и цианобактерии — научились относительно эффективно расщеплять CO2.

Человечество, в свою очередь, сделало первые шаги в этом направлении только в последние годы благодаря созданию новых наноматериалов и катализаторов, способных использовать свет Солнца и другие источники энергии для расщепления углекислоты. К примеру, три года назад физики из США создали солнечную батарею, которая напрямую использует энергию света для расщепления СО2 и производства угарного газа и водорода, а также превращения углекислоты в спирт.

Группа китайских химиков под руководством Ма Яньхэ, президента Института промышленных биотехнологий КАН в Тяньцзине, задумалась о том, можно ли использовать подобные системы для прямого превращения углекислого газа в чистый крахмал, подавляющая масса которого сегодня извлекается из растительной биомассы.

Ученые проанализировали, как протекают реакции по синтезу этого углевода в клетках высших растений. Такой анализ помог химикам выделить набор ключевых ферментов, участвующих в процессе преобразования молекул СО2, поглощаемых растениями, в простые углеводы и их последующее объединение в полимерные нити крахмала.

Опираясь на эти сведения, Ма Яньхэ и его коллеги подобрали цепочку из 11 реакций, в рамках которых молекулы углекислого газа сначала преобразовались в спирт метанол при помощи цинкового катализатора, а затем превращались в формальдегид, дигидроксиацетон и другие простейшие органические молекулы, необходимые для синтеза сахаров и крахмала.

Как отмечают исследователи, многие из этих реакций мешают проведению друг друга, что вынудило химиков потратить много времени на выработку оптимальной стратегии производства крахмала и различных технических приемов, позволявших последовательно проводить эти химические взаимодействия и получать нужные промежуточные продукты.

В конечном итоге китайским исследователям удалось подобрать такой набор ферментов и условия проведения реакций, который позволяет очень быстро превращать большие количества СО2 в чистый крахмал всего за четыре часа работы. В этом отношении, как показывают замеры ученых, их подход превосходит кукурузу и другие растения примерно в 5−8,5 раз.

Эта особенность их разработки и невысокая себестоимость применяемых в ней компонентов и ферментов, как надеются ученые, одновременно удешевит производство крахмала и продуктов на его основе, а также создаст экономический стимул для изъятия СО2 из атмосферы и его активную переработку в промышленных масштабах.