Un descubrimiento reciente de los investigadores de Sandia National Laboratories puede descubrir el potencial de los residuos de biocombustibles y, en última instancia, hacer que los biocombustibles sean competitivos con el petróleo.
El combustible hecho de plantas es mucho más caro que el petróleo, pero una forma de disminuir el costo sería vender productos hechos de lignina, los desechos de plantas que quedan de la producción de biocombustibles.
La lignina generalmente se quema para producir electricidad o se deja sin usar en pilas porque nadie ha determinado aún cómo convertirla en productos útiles, como plásticos renovables, telas, nylon y adhesivos. La electricidad ni siquiera está disponible para el público en generalpúblico; solo lo usan las empresas que crean grandes cantidades de lignina, como los fabricantes de pulpa y papel. Ahora los científicos de Sandia, que trabajan con investigadores del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley en el Joint BioEnergy Institute, han descifrado la estructura y el comportamiento de LigM, una enzima quedescompone las moléculas derivadas de la lignina.
El trabajo del grupo en LigM aparece en el último número de la Actas de la Academia Nacional de Ciencias . La enzima tiene poco en común con otras proteínas mejor entendidas, lo que anteriormente hacía imposible que los científicos adivinaran cómo funciona. Este documento marca la primera vez que alguien resuelve la estructura de LigM, abriendo un camino hacia nuevas moléculas yproductos nuevos y comercializables.
Revelando los secretos bien guardados de la naturaleza
Durante décadas, los científicos han luchado con el problema de descomponer la lignina, la parte de las paredes celulares de las plantas que proporciona estructura y protección contra los ataques de bacterias e insectos. Esta fuerza también hace que la lignina sea difícil de deconstruir, aunque ha habido avances recientes.
La materia vegetal utilizada para producir etanol puede pretratarse química o físicamente para que la lignina se deconstruya en el proceso. Sin embargo, estos métodos pueden ser costosos y reducir la cantidad de biocombustible que se puede cosechar. También podrían interferir conrecolección de lignina en etapas posteriores. Es por eso que algunos investigadores se centran en encontrar enzimas que conviertan la lignina de forma natural y suave
La científica y autora principal de Sandia, Amanda Kohler, dijo que su equipo sabía que las enzimas podían metabolizar la lignina y sus derivados porque hay registros de décadas de bacterias que usan enzimas para este propósito. Se descubrió que la bacteria de los esfingonomas vivía en el agua residual de una fábrica de pulpa más deHace 30 años, una vez que los investigadores se dieron cuenta de que las vías enzimáticas únicas de la bacteria le permitían vivir de la lignina, su desafío consistía en comprender las enzimas en estas vías para poder imitar lo que la naturaleza ya había hecho y utilizar esa comprensión de manera productiva.
Camino enzimático a la ganancia
Kohler y su equipo se centraron en LigM, una enzima utilizada por Sphingomonas, porque realiza un paso clave en la conversión de derivados de lignina y es el más simple de los sistemas enzimáticos conocidos que realizan esta función ". Al intentar imitar sistemas naturalesen un entorno de laboratorio, los sistemas más simples y directos son los mejores ", explicó Kohler.
El equipo descubrió que la mitad de la estructura de LigM está compuesta por una arquitectura proteica común que se encuentra en todas las formas de vida, desde las bacterias hasta los humanos. El resto de la enzima, la porción activa, no se encuentra en ninguna otra estructura proteica conocidaEsta estructura única le da a LigM la capacidad de unirse específicamente a moléculas derivadas de la lignina.
"Resolver la estructura nos permite comprender cómo el organismo puede haber desarrollado su función única, que creo que es científicamente uno de los hallazgos más interesantes", dijo el coautor del artículo y científico de Sandia Ken Sale. El equipo usó Advanced LightFuente de Sincrotrón en Lawrence Berkeley National Laboratories, junto con computación de alto rendimiento y bioquímica fundamental para obtener sus conocimientos sobre LigM.
LigM está diseñado para descomponer los derivados de la lignina, no la lignina en sí. Es importante comprender que la función de LigM es solo un paso clave en un camino más largo de reacciones necesarias para deconstruir completamente la lignina. Un área activa de investigación implica encontrar otros organismos,posiblemente hongos, que pueden ejecutar el primer paso para descomponer la gran masa de lignina en fragmentos más pequeños. Algunos de los científicos de Sandia que resolvieron la estructura de LigM, Sale y Matthew Mills, recientemente han aprendido más acerca de otra enzima que ayuda a conducir la descomposición de la lignina en pequeñosfragmentos
LigM funciona en una etapa posterior del proceso, cuando fragmentos de lignina más pequeños ya se han convertido en una molécula llamada ácido vanílico. "Todavía queda trabajo por hacer para descubrir la vía de reacción completa", dice Kohler. "Pero ahoratenemos una comprensión muy necesaria de un paso clave en este proceso, y estamos desarrollando enzimas para cumplir con nuestros objetivos finales de reducir el costo de los biocombustibles al hacer productos a partir de lignina ".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por DOE / Sandia National Laboratories . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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