Reducir la huella de carbono del metano convirtiéndolo en metanol con una nueva enzima
Un equipo dirigido por el profesor Osami Shoji de la Universidad de Nagoya (Japón) ha desarrollado una tecnología para convertir el metano, principal componente del gas natural, en metanol a temperatura ambiente en agua. Utilizaron una enzima que puede producirse fácilmente en masa, lo que ofrece la posibilidad de un medio barato y eficaz de reducir la huella de carbono del gas natural. Los resultados se publican en ACS Catalysis.
Una nueva tecnología convierte un componente del gas natural, el metano (izquierda), en metanol (derecha), utilizando la enzima P450BM3 (centro, gris) con una molécula señuelo (centro, coloreada). Este método puede ser un medio barato y eficaz de reducir la huella de carbono del gas natural.
Ariyasu Shinya
El metano es el componente clave del gas natural y un recurso natural abundante. Sin embargo, es químicamente estable, por lo que requiere enormes cantidades de energía antes de someterse a una conversión química. Una solución es convertir el metano en metanol. El metano puede convertirse en metanol, que es más limpio que otros combustibles fósiles y puede almacenarse y transportarse fácilmente. La conversión del metano en metanol puede realizarse utilizando la enzima metano monooxigenasa. Sin embargo, la enzima tiene una estructura compleja, lo que dificulta su manipulación y la hace inadecuada para la producción masiva.
Las enzimas suelen ser muy específicas, a menudo comparadas con una llave para una cerradura concreta. Se pensaba que era imposible convertir metano en metanol utilizando enzimas distintas de la metano monooxigenasa. Sin embargo, el grupo de investigación recurrió a su trabajo previo sobre la adición de moléculas sintetizadas químicamente a una enzima para cambiar las características de la propia enzima. Esto permite la conversión química de compuestos que normalmente no serían aceptados, un proceso denominado sistema de reconocimiento erróneo de sustratos.
"En este sistema, se diseñan y sintetizan moléculas artificiales llamadas moléculas señuelo para que se parezcan a los compuestos, llamados sustratos, que la enzima diana suele aceptar", explica Shoji. "Cuando se añaden a la enzima, ésta toma por error las "moléculas señuelo" como el compuesto diana original, y la enzima se activa. Si se añade a la enzima una molécula, en este caso metano, que normalmente no es reactiva, la enzima confundirá la molécula señuelo con el compuesto diana original y la absorberá. La enzima activada convierte entonces el metano en otra molécula por 'error'".
El grupo de investigación utilizó la tecnología de control químico de la enzima P450BM3. Esta enzima hidroxila moléculas de ácidos grasos de cadena larga y se ha utilizado para convertir sustancias similares como el benceno, el etano y el propano. Sin embargo, como estas sustancias son más reactivas y de mayor tamaño que el metano, la conversión de éste presentaba un reto mayor.
A continuación, el grupo buscó moléculas señuelo con una estructura óptima para anclar la molécula de metano más pequeña en el bolsillo de reacción del P450BM3. Los investigadores estudiaron unas 40 moléculas que habían resultado eficaces en la hidroxilación del etano a partir de una biblioteca de unas 600 moléculas señuelo. En un gran avance, Shoji confirmó que la molécula señuelo más eficaz podía convertir el metano en metanol en agua a temperatura ambiente.
"Cuando la probamos, conseguimos convertir metano en metanol con la P450BM3", explica Shoji. "Fue un avance emocionante, ya que el P450BM3 se deriva de la bacteria Priestia megaterium (antes Bacillus megaterium), por lo que es fácil de manipular y producir en grandes cantidades utilizando E. coli. Esto lo convierte en una nueva y atractiva opción para la utilización eficaz del gas metano".
Algún día, las moléculas señuelo podrían permitir la conversión de compuestos menos difíciles que el metano. "Esperamos que la tecnología pueda convertirse en una tecnología de conversión de bajo consumo energético y respetuosa con el medio ambiente para muchos otros hidrocarburos además del metano", afirma Shoji. "Por lo tanto, se espera que contribuya a la promoción del uso de enzimas en el descubrimiento de tecnologías de conversión de sustancias de bajo impacto ambiental en Japón. Esperamos que este logro tenga un impacto significativo en los campos de la química catalítica y enzimática."
Japón puede resultar un lugar de pruebas ideal para su tecnología debido a los descubrimientos de grandes cantidades de metano enterrado como hidrato de metano en los mares circundantes. Shoji es optimista sobre el potencial de aprovechamiento de este recurso sin explotar. Desarrollar métodos eficaces de utilización del metano es una cuestión importante tanto para resolver problemas medioambientales como para aumentar la eficiencia en el uso de los recursos. Esperamos que nuestra investigación pueda ayudar a resolver el problema de la escasez de recursos naturales en Japón."
Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.
Publicación original
Shinya Ariyasu, Kai Yonemura, Chie Kasai, Yuichiro Aiba, Hiroki Onoda, Yuma Shisaka, Hiroshi Sugimoto, Takehiko Tosha, Minoru Kubo, Takashi Kamachi, Kazunari Yoshizawa, Osami Shoji; "Catalytic Oxidation of Methane by Wild-Type Cytochrome P450BM3 with Chemically Evolved Decoy Molecules"; ACS Catalysis, Volume 13, 2023-6-14
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