• Добавить в закладки
  • Facebook
  • Twitter
  • Telegram
  • VK
  • Печать
  • Email
  • Скопировать ссылку
17.08.2023
Даниил Сухинов
1 548

Биологи научились создавать сложные молекулы с помощью электричества

3.8

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.

АТФ
Техническая реализация цикла ААА – метаболического пути, позволяющего получить АТФ из электричества / © Shanshan Luo et al, Joule, 2023 / Автор: Иван Беляев

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.

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
Подписывайтесь на нас в Telegram, Яндекс.Новостях и VK
Предстоящие мероприятия
Позавчера, 20:03
Андрей

Человек множеством способов загрязняет природу вокруг себя, преимущественно воду. В Мировой океан попадают как отходы с производств, так и тонны пластикового мусора. Все это способно отравлять жизнь морских животных, особенно редких вроде акул. Одним из малоизученных токсичных источников можно назвать наркотики, в частности кокаин. Случайное употребление этого вещества акулами раньше только предполагали, но теперь бразильские биологи нашли прямые доказательства.

Вчера, 17:59
Дарья Г.

На сегодня удалось подтвердить существование тысяч экзопланет, но лишь около 25 из них получилось запечатлеть напрямую. Причем из них лишь шесть объектов старше 100 миллионов лет. И вот, наконец, ученые смогли сделать снимок взрослой экзопланеты.

Позавчера, 12:00
НИУ ВШЭ

Международная команда исследователей с участием ученых из НИУ ВШЭ изучила, как люди, владеющие двумя языками (билингвы), ассоциируют время с пространством. Оказалось, что и в первом, и во втором языке они связывают прошлое с левой частью пространства, а будущее — с правой. При этом чем выше уровень владения вторым языком, тем сильнее выражена эта связь.

22 июля
Татьяна

Исследуя глубоководные сообщества в районе Тихого океана, богатом железомарганцевыми конкрециями, ученые из Великобритании неожиданно обнаружили новый источник кислорода. Теперь они опасаются, что разработка этих месторождений может нарушить сложившиеся экосистемы.

Позавчера, 12:00
НИУ ВШЭ

Международная команда исследователей с участием ученых из НИУ ВШЭ изучила, как люди, владеющие двумя языками (билингвы), ассоциируют время с пространством. Оказалось, что и в первом, и во втором языке они связывают прошлое с левой частью пространства, а будущее — с правой. При этом чем выше уровень владения вторым языком, тем сильнее выражена эта связь.

Позавчера, 20:03
Андрей

Человек множеством способов загрязняет природу вокруг себя, преимущественно воду. В Мировой океан попадают как отходы с производств, так и тонны пластикового мусора. Все это способно отравлять жизнь морских животных, особенно редких вроде акул. Одним из малоизученных токсичных источников можно назвать наркотики, в частности кокаин. Случайное употребление этого вещества акулами раньше только предполагали, но теперь бразильские биологи нашли прямые доказательства.

1 июля
Александр Березин

Необычный биологический вид, по оценке авторов новой научной работы, пригоден для заселения четвертой планеты без каких-либо предварительных условий — уже в том виде, в котором он существует сейчас. Поскольку речь идет о фотосинтетическом организме, он способен нарабатывать существенное количество кислорода. Интересно, что кандидат на терраформирование Марса сохранил жизнеспособность после месяца в жидком азоте.

12 июля
Александр Березин

Falcon 9 Block 5 впервые за три сотни запусков дал частично неудачный полет. Ракета выводила 20 спутников компании SpaceX, с 15 связь уже пропала, еще пять могут быть потеряны в ближайшее время.

15 июля
Александр Березин

Авторы нового исследования впервые показали, что круглые провалы в лунной поверхности не просто близки к многокилометровым пещерам на естественном спутнике Земли, но и располагают тоннелями, ведущими в глубину.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий
Подтвердить?
Подтвердить?
Причина отклонения
Подтвердить?
Не получилось опубликовать!

Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.

Понятно
Жалоба отправлена

Мы обязательно проверим комментарий и
при необходимости примем меры.

Спасибо
Аккаунт заблокирован!

Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.

Понятно
Что-то пошло не так!

Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.

Понятно
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.
Ваша заявка получена

Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно
Ваше сообщение получено

Мы скоро прочитаем его и свяжемся с Вами по указанной почте. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно