科学者がバイオマスを分解する合成触媒を構築

科学者は天然酵素の特徴を模倣しようとしています。

酵素は、生物学的プロセスの実行と生物の生存を維持する化学反応を制御する触媒として機能する天然に存在するタンパク質です。 食物を消化のために分解するなど、細胞の代謝を促進します。 エンドセルラーゼ、エキソセルラーゼ、ベータグルコシダーゼの 3 つの酵素は、植物繊維であるセルロースを分解および消化できます。

科学者は生物学からインスピレーションを得て、天然酵素の特徴を模倣しようとしています。 そしてこれまでのところ、彼らは良い結果を残しています。

Yan Zhaoの研究チームは、作物残渣などのバイオマス中の植物繊維を分解するスーパー酵素として機能するナノスフィアを開発している。 新しい触媒は、バイオマスを燃料や化学物質に変換できる実用的な糖源にする可能性を秘めています。

趙氏は、「セルロースは、雨が降った後だけではなく、木が長持ちするように作られています。 セルロースを分解するのは大きな課題です。」

合成触媒はスーパー酵素と同様に機能し、より過酷な環境や複数回リサイクルされた後でもセルロースを分解できます。 これらは現在、2 つの天然酵素の中間に位置しており、高価で、高温や非水溶媒に耐えられず、不安定で、生産にリサイクルするのが困難です。

セルロースを消化するには、企業は天然酵素に注目する必要があります。 しかし、それらは高価です。 高温や非水溶媒には耐えられません。 また、それらは不安定で、本番環境にリサイクルするのが困難です。

この新しいプロジェクトでは、ボストンのノースイースタン大学の化学およびケミカルバイオロジー助教授であるシジア・ドン氏が活性反応をシミュレートします。 NSFは、酵素を模倣した触媒を研究するためにZhaoに40万ドルの助成金を与えた。

Zhao 氏は次のように述べています。「シミュレーションは、システムをより深く理解するのに役立ちます。 これは非常に複雑なシステムです。」

界面活性剤分子の鎖が水にさらされると、分子の親水性で水を好む頭部が外側のシェルを形成します。 分子の疎水性で水を嫌う尾部がその殻の中で回転し、ミセルとして知られる動的ナノスフェアを形成します。 研究チームはこれらのミセルを利用しています。

研究者らは、活性部位に似たテンプレート分子の周囲にミセルが集合する方法を発見した。 これらの「分子インプリントされたナノ粒子」は、紫外線で固化した後のサイズが 10 億分の 5 メートルであり、天然酵素の結合特性と触媒特性を模倣する正確な形状とサイズを持っています。

ナノ粒子は結合に直接付着し、セルロースを効率的かつ選択的に分解します。 成功すれば、このプロジェクトは活性において天然セルラーゼと競合できるが、製造とリサイクルがかなり容易なセルロース（分解）用の合成触媒を提供することになる。 この技術は時代に適合しており、州は州内の農地で栽培されたバイオマスの潜在的な市場としてバイオマス変換に興味を持っています。

この研究は、国立衛生研究所、国立科学財団（NSF）、アイオワ州立大学研究財団から資金提供を受けました。