Bakterilerdeki Antik Mekanizma Aydınlatıldı - İklim Koruması İçin Önemli Bulgular

TU Berlin Fiziksel ve Biyofiziksel Kimya Bölümü'nden Dr. Christian Lorent, "Evrimin milyarlarca yıl boyunca optimize ettiği bu karmaşık süreci artık çok yakından gözlemleyebilmemiz büyüleyici," diyor. Humboldt Üniversitesi Berlin'deki Prof. Dr. Holger Dobbek'in "Yapısal Biyoloji ve Biyokimya" çalışma grubuyla birlikte elde ettiği başarı, birçok farklı ülkeden onlarca çalışma grubunun onlarca yıllık ön çalışmalarına dayanıyor. "Holger Dobbek tek başına bu enzim üzerinde 25 yıldan fazla süredir çalışıyor. Asıl soru, karbon monoksit dehidrojenazın merkezinde derinlerde gizlenmiş olan nikel-demir kompleksinin tam olarak ne işe yaradığıydı."

Reaksiyonun İletkeni Olarak Nikel

"Bakteriler bu dehidrojenazı, CO₂'nin CO₂'ye dönüşümünü ve ters reaksiyonu sağlayan biyolojik bir katalizör olarak kullanır," diye açıklıyor Christian Lorent. İlk durumda, oluşan daha reaktif CO molekülü, bakterinin metabolizması için faydalı maddeler oluşturmak üzere diğer maddelerle birleşebilir. "Öte yandan, karbon monoksit yakılarak karbondioksite dönüştürülürse, bakterinin kullanabileceği enerji açığa çıkar." Reaksiyonlar için bir nikel ve bir demir atomu, gaz moleküllerini adeta kıskaçlarına alır. Lorent, "Nikel iyonu, CO2 molekülüne elektron enjekte edebilir veya CO₂'den elektronları emebilir. Bu yüklü nikel atomu aynı zamanda iki molekülün bağlanmasını da üstlenir," diye açıklıyor.

Moleküller İçin Kanallar

Tepkime merkezi son derece hassas olduğundan ve tepkimenin oksijensiz ortamda gerçekleşmesi gerektiğinden, nikel-demir kompleksi, binlerce atomdan oluşan kompleks enzimin derinliklerinde gizlidir. CO ve CO₂ molekülleri, özel olarak tasarlanmış kanallardan -sanki bir taşıma bandındaymış gibi- tepkime merkezine ve tekrar dışarı hareket eder. Christian Lorent, "Atomik çözünürlük sayesinde, örneğin oluşmuş bir CO molekülünün hala nikele bağlı olduğunu ve kanalının yönünü gösterdiğini çok net bir şekilde görebiliyoruz," diyor. Kanallar, yalnızca istenen moleküllerin geçebileceği şekilde tasarlanmıştır.

Yapı Spektroskopiyle Buluşuyor: Bütünsel Resim Nasıl Oluşturuldu?

Araştırma ekibi, en son teknoloji ürünü X-ışını kristalografisi, kızılötesi ve elektron spin rezonans spektroskopisini kullanarak, CO₂'nin bağlanması ve parçalanmasından CO oluşumu ve salınımına kadar tüm ara durumları görselleştirebildi. Enzimi X-ışını kristalografisi yöntemiyle incelemek için araştırmacıların önce dev molekülleri kristalleştirmeleri gerekiyordu. Bu, tuz kristallerine benzer düzenli bir yapı oluşturuyor. Lorent, "Bu protein kristalografisini spektroskopik yöntemlerle birleştirerek, tüm reaksiyon adımlarının eksiksiz bir resmini elde edebildik," diye açıklıyor. "Bu, mekanik anlayışımızı yeni bir seviyeye taşıyan belirleyici gelişmeydi."

İklim Koruma ve Yeşil Kimya Açısından Önemi

Bulgular temel araştırmaların ötesine geçiyor: CO₂'yi seçici ve verimli bir şekilde değerli hammaddelere (örneğin kimya endüstrisi veya sentetik yakıtlar) dönüştürebilecek sentetik katalizörlerin geliştirilmesi için bir plan sunuyorlar. Holger Dobbek'in araştırma grubundan çalışmanın başyazarı Yudhajeet Basak, "Bakteriyel CO₂ dönüşümünün kadim mekanizmalarını anlayarak, bunları karbon nötr bir endüstriye geçişi hızlandırabilecek yeni katalizörlerin geliştirilmesine aktarabiliriz," diyor.

KAYNAK: https://www.chemeurope.com/en/news/1186951/breakthrough-in-catalysis-research-splitting-co2-with-nickel.html