16.11.2020 - Nagoya University

Catalizando un mundo de cero carbono mediante la cosecha de energía de las células vivas

Los científicos han logrado un gran avance en la conversión de los metabolitos de energía deficiente en un recurso biorenovable gracias a un catalizador versátil

La inminente crisis ambiental exige una transición urgente a una economía ecológica. Un equipo de científicos de la Universidad de Nagoya, Japón, dirigido por el profesor Susumu Saito, ha encontrado recientemente una forma interesante de hacer que esto suceda, aprovechando una importante vía metabólica en las células vivas. Su objetivo era convertir los productos de la vía de baja energía en productos biorenovables que puedan potencialmente alimentar nuestro mundo de manera sostenible.

En la mayoría de las plantas, animales, hongos y bacterias, una vía llamada el "ciclo de Krebs" es responsable de proporcionar combustible para que las células lleven a cabo sus funciones. Operando en las mitocondrias, este ciclo resulta en última instancia en la formación de compuestos ricos en energía como el NADH y el FADH2 (que se utilizan para alimentar el organismo) y metabolitos deficientes en energía como los ácidos policarboxílicos C4, C5 y C6 (PCA). Recientemente, se ha explorado la idea de modificar los PCA altamente funcionalizados para convertirlos en moléculas biorenovables, restaurando los enlaces carbono-hidrógeno (C-H) que se perdieron en su creación. Esto necesitaría que estas biomoléculas se sometieran a reacciones llamadas "deshidratación" y "reducción", es decir, la inversión del ciclo de Krebs, un proceso complicado.

En su nuevo estudio, publicado en Science Advances, el Prof. Saito y su equipo aceptaron el desafío, buscando un "catalizador" artificial, una molécula que pudiera facilitar esta modificación. Se centraron en un potente y versátil precatalizador llamado "complejo fosfina-bipiridina-fosfina (PNNP)-iridio (Ir)-bipiridilo". El Prof. Saito dice: "El catalizador de un solo metal activo como el catalizador (PNNP)Ir puede facilitar la hidrogenación selectiva y la deshidratación de la materia prima de biomasa altamente funcionalizada (altamente oxidada y oxigenada) como los metabolitos del ciclo de Krebs".

Cuando los científicos probaron el uso de este precatalizador en los ácidos policarboxílicos C4, C5 y C6 y otros metabolitos relevantes para las mitocondrias, descubrieron que los enlaces C-H se incorporaban de forma efectiva en los metabolitos a través de reacciones de hidrogenación y deshidratación, una hazaña que de otra forma sería muy difícil de conseguir. El restablecimiento de los enlaces C-H significa que se pueden generar compuestos orgánicos ricos en energía a partir de materiales pobres en energía que son abundantes en la naturaleza. Además, las reacciones dieron lugar a compuestos llamados "dioles" y "trioles", que son útiles como agentes humectantes y en la construcción de plásticos y otros polímeros. El único producto de "desecho" en esta reacción es el agua, que nos da una fuente de energía limpia. No sólo esto, estos complejos procesos podrían ocurrir en una "forma de una sola vez", haciendo este proceso eficiente.

El Prof. Saito y su equipo son optimistas en cuanto a que su investigación tendrá importantes consecuencias para un futuro centrado en la energía renovable. El Prof. Saito dice: "Las materias primas de carbono desperdiciadas como el aserrín y la comida podrida contienen una bóveda de diferentes ácidos carboxílicos y sus potenciales derivados. El catalizador molecular (PNNP)Ir puede utilizarse para fabricar materiales de emisión cero. Muchos plásticos y polímeros básicos podrían producirse a partir de materias primas de desecho basadas en la biomasa utilizando los dioles y trioles obtenidos en el proceso de hidrogenación".

Con estos hallazgos, una sociedad más verde y más neutra en carbono está seguramente a la vista.

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.

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