Биологи научились создавать сложные молекулы с помощью электричества
Группа немецких ученых разработала совершенно новый способ производства богатых энергией сложных молекул при помощи особого метаболического пути и электричества. Описанный в исследовании метод позволяет создавать молекулы для хранения энергии и информации — от белков и нуклеиновых кислот до крахмала и гликогена. Подобная технология может положить начало новому подходу к устойчивой, климатически нейтральной биоэкономике.
В последнее время проблема изменения климата становится все более популярной, а для ее решения ученые и политики все чаще обращаются к возобновляемым источникам энергии. В этой связи в первую очередь обычно упоминают добычу энергии с помощью солнечных панелей и ветрогенераторов. Однако одной из основных проблем в достижении так называемого углерод-нейтрального общества остается хранение и последующее использование накопленной чистой электроэнергии.
Свою альтернативу стандартным системам хранения электроэнергии — батареям и аккумуляторам — предложила команда ученых под руководством специалистов из Института наземной микробиологии имени Макса Планка в Марбурге (Германия). Исследователи разработали искусственный метаболический путь, использующий электричество для производства аденозинтрифосфата (АТФ) — высокоэнергетической биомолекулы, которую затем можно использовать для образования богатых энергией химических соединений, таких как крахмал или гликоген.
Растения и животные используют эти биополимеры для запасания энергии в организме, поэтому ученые предложили их в качестве альтернативного способа хранения электроэнергии. Метаболический путь, приводящий к синтезу АТФ при помощи электричества и названный авторами работы «циклом ААА», образован всего четырьмя биокатализаторами. Первый и основной фермент, альдегидферредоксиноксидоредуктаза (АОР), снимая электрон с катода, восстанавливает рабочую молекулу пропионата, которая затем участвует еще в трех реакциях, прежде чем возвращается в исходное состояние.
Фермент АОP открыли при изучении генома малоизвестной протеобактерии Aromatoleum aromaticum. Изначально этот микроорганизм привлек интерес ученых из-за своей способности к разложению нефти в бескислородных условиях. В отличие от похожих ферментов других организмов, выбранный АОР обладает высокой активностью при комнатной температуре и относительно стабилен при контакте с кислородсодержащей атмосферой (период полураспада — более часа).
«Никогда ранее не было возможности проводить АТФ-зависимые биохимические реакции с помощью электричества. Цикл ААА теперь может напрямую преобразовывать электрическую энергию в биохимическую. Это позволит синтезировать богатые энергией ценные ресурсы, такие как крахмал, биотопливо или белки, из простых клеточных строительных блоков, а в будущем даже из углекислого газа. Возможно, даже можно будет использовать биологические молекулы для хранения электрической энергии», — пояснил Тобиас Эрб (Tobias Erb), директор Института наземной микробиологии имени Макса Планка и последний соавтор статьи.
Используя цикл ААА, команда исследователей показала возможность синтеза не только молекулы АТФ, но и глюкозо-6-фосфата — важного строительного блока крахмала и гликогена. Более того, разработанный метаболический путь позволил поддерживать энергозатратные процессы синтеза РНК (транскрипцию) и белков (трансляцию), требующие непрерывного поступления АТФ.
Тем не менее ученым предстоит провести множество исследований, прежде чем их идею можно будет задействовать в практических приложениях. Ферментам все еще не хватает стабильности, и они разрушаются под воздействием кислорода, поэтому сегодня преобразуется лишь небольшое количество энергии.
Подробное описание исследования изложено в статье, опубликованной в журнале Joule.
Telegram 
Дзен 
VK Кит живет двести лет, умеет пробивать головой полуметровый лед и поет океанский джаз голосом несмазанной дверной петли. Охотоморские гренландские киты — это не просто многотонные ледоколы. Это древние узники, которые остались жить в Охотском море со времен последнего оледенения. Это счастливцы, которые смогли пережить гарпуны китобоев XIX-XX веков, но сегодня уязвимы не меньше. Чтобы спасти этих поразительных китов, российским ученым и команде фонда «Природа и люди» приходится: считать хвосты, читать биографии по шрамам, прятать подростков от хищников, стрелять (спутниковыми метками) с парамоторов и тяжелых дронов. Рассказываем, как устроена жизнь гренландских китов России и кто помогает им не исчезнуть навсегда с лица планеты.
Деревья растут и люди стареют не потому, что идет время, а из-за происходящих внутри них процессов. Но можно ли сказать, что именно эти процессы порождают время? Ученый создал маленькую Вселенную, в которой дела обстоят именно так.
Ученые выяснили, что золото владеет уникальной «техникой самообороны», которая защищает его от потускнения. Оказалось, атомы на поверхности этого металла способны самостоятельно перестраиваться в особые защитные структуры. Такой невидимый барьер блокирует контакт с кислородом и подавляет процесс окисления в триллион раз эффективнее, чем поверхность любого другого металла.
Кит живет двести лет, умеет пробивать головой полуметровый лед и поет океанский джаз голосом несмазанной дверной петли. Охотоморские гренландские киты — это не просто многотонные ледоколы. Это древние узники, которые остались жить в Охотском море со времен последнего оледенения. Это счастливцы, которые смогли пережить гарпуны китобоев XIX-XX веков, но сегодня уязвимы не меньше. Чтобы спасти этих поразительных китов, российским ученым и команде фонда «Природа и люди» приходится: считать хвосты, читать биографии по шрамам, прятать подростков от хищников, стрелять (спутниковыми метками) с парамоторов и тяжелых дронов. Рассказываем, как устроена жизнь гренландских китов России и кто помогает им не исчезнуть навсегда с лица планеты.
Ученые выяснили, почему интервальное голодание для многих оказывается эффективнее обычных диет. Исследование показало, что ограничение времени для приема пищи избавляет худеющего от изнуряющего ощущения жесткого контроля и при этом позволяет сбросить ровно столько же, сколько при скрупулезном подсчете калорий.
Деревья растут и люди стареют не потому, что идет время, а из-за происходящих внутри них процессов. Но можно ли сказать, что именно эти процессы порождают время? Ученый создал маленькую Вселенную, в которой дела обстоят именно так.
Вселенная может оказаться «замкнутой» глобальной структурой, где свет от далеких галактик способен возвращаться к наблюдателю с разных направлений. Именно такой сценарий не удалось исключить авторам нового масштабного обзора. Проверить его предсказания астрономы смогут уже в ближайшие годы.
Ученые впервые на молекулярном уровне доказали, что обычная вода одновременно состоит из двух разных жидких состояний — более плотного и менее плотного, которые непрерывно сменяют друг друга. Раз молекулярная «двойственность» действительно существует, это подтверждает спорную 30-летнюю гипотезу. Новое открытие поможет, наконец, объяснить десятки «странных» физических аномалий воды, включая ее расширение при замерзании и парадоксальное изменение вязкости под давлением.
Американские ветеринары установили, что длина шага передних лап у пожилых собак отражает возрастные изменения в работе мозга. Когда у собак развивается деменция, шаги их передних лап становятся короче, причем эта связь не зависит от хронической боли в суставах.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Что-то в вашем комментарии показалось подозрительным, поэтому перед публикацией он пройдет модерацию.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно
Последние комментарии