Metabolit siklus Krebs termasuk dalam bahan baku karbon yang kaya energi. Kredit: Issey Takahashi
Ilmuwan di Universitas Nagoya telah membuat langkah besar dalam mengubah metabolit yang kekurangan energi menjadi sumber daya bioenergi berkat katalis serbaguna.
Krisis lingkungan yang akan datang membutuhkan transisi yang mendesak menuju ekonomi hijau. Sebuah tim ilmuwan dari Universitas Nagoya, Jepang, yang dipimpin oleh Profesor Susumu Saito, baru-baru ini menemukan cara menarik untuk mewujudkannya, dengan memanfaatkan jalur metabolisme penting dalam sel-sel hidup. Tujuannya adalah mengubah produk yang miskin energi menjadi produk terbarukan yang dapat memberi makan dunia kita dengan cara yang berkelanjutan.
Pada kebanyakan tumbuhan, hewan, jamur dan bakteri, jalur yang disebut “siklus Krebs” bertanggung jawab untuk menyediakan bahan bakar bagi sel untuk menjalankan fungsinya. Beroperasi di mitokondria, siklus ini menghasilkan pembentukan senyawa kaya energi seperti NADH dan FADH.2 (yang digunakan untuk memberi makan tubuh) dan metabolit yang kekurangan energi seperti C.4-, C5-, dan C6asam -polycarboxylic (PCA). Baru-baru ini, gagasan untuk memodifikasi PCA yang sangat difungsikan dalam molekul biorenovable dengan memulihkan ikatan karbon-hidrogen (CH) yang hilang dalam pembuatannya telah dieksplorasi. Ini akan membutuhkan biomolekul ini untuk menjalani reaksi yang disebut “dehidrasi” dan “reduksi,” yaitu, pembalikan siklus Krebs, sebuah proses yang rumit.
Dalam studi barunya, diterbitkan di Kemajuan ilmiah, Profesor Saito dan timnya menangani tantangan dengan tujuan menemukan “katalis” buatan, sebuah molekul yang dapat memfasilitasi modifikasi ini. Mereka berfokus pada prekatalis yang ampuh dan serbaguna yang disebut “kompleks fosfin-bipiridin-fosfin (PNNP) iridium (Ir) -bipiridil.” Profesor Saito mengatakan, “Katalis logam aktif seperti katalis (PNNP) Ir dapat memfasilitasi hidrogenasi selektif dan dehidrasi bahan baku biomassa yang sangat berfungsi (sangat teroksidasi dan teroksigenasi) seperti metabolit siklus Krebs.”
Ketika para ilmuwan menguji penggunaan prekatalis ini di C.4-, C5-, dan C6Asam-polikarboksilat dan metabolit lain yang relevan dengan mitokondria, menemukan bahwa ikatan CH secara efektif dimasukkan ke dalam metabolit melalui reaksi hidrogenasi dan dehidrasi, yang di sisi lain sangat sulit dicapai. Pemulihan ikatan CH berarti bahwa senyawa organik kaya energi dapat dihasilkan dari bahan miskin energi yang melimpah di alam. Selain itu, reaksi tersebut memunculkan senyawa yang disebut “diol” dan “triol”, yang berguna sebagai bahan pelembab dan dalam pembuatan plastik dan polimer lainnya. Satu-satunya produk “sisa” dari reaksi ini adalah air, yang memberi kita sumber energi yang bersih. Tidak hanya itu, proses kompleks ini dapat terjadi dengan cara yang “unik”, membuat proses ini menjadi efisien.
Profesor Saito dan timnya optimis bahwa penelitian mereka akan memiliki konsekuensi penting untuk masa depan yang berfokus pada energi terbarukan. Profesor Saito mengatakan: “Bahan mentah karbon sisa, seperti serbuk gergaji dan makanan busuk, mengandung sekumpulan asam karboksilat yang berbeda dan potensi turunannya. Molecular Catalyst (PNNP) Ir dapat digunakan untuk membuat material tanpa emisi. Banyak bahan dasar plastik dan polimer dapat diproduksi dari bahan baku sisa berbasis biomassa menggunakan diol dan triol yang diperoleh dari proses hidrogenasi.
Dengan temuan ini, kami yakin akan melihat masyarakat yang lebih hijau dan lebih netral karbon.
Referensi: “Reaksi H.2 dengan metabolit yang relevan dengan mitokondria melalui katalis molekuler multifungsi “oleh Shota Yoshioka, Sota Nimura, Masayuki Naruto dan Susumu Saito, 23 Oktober 2020, Kemajuan ilmiah.
DOI: 10.1126 / sciadv.abc0274