Para que todos los seres vivos tengan éxito, deben reproducirse y tener la energía para hacerlo. La capacidad de un organismo para extraer energía de su entorno, y hacerlo mejor que sus competidores, es un requisito clave para la supervivencia. Hasta hace poco se pensaba que en toda la biología, de microbios a humanos, solo había dos métodos para generar y conservar la energía necesaria para el metabolismo celular y la supervivencia.

Ahora los investigadores han descubierto un tercer método de producción de energía microbiana, llamada "bifurcación de electrones basada en flavina" (FBEB). Este método recién descubierto es en realidad una forma antigua de generación y conservación de energía, pero es tan diferente de los procesos conocidos que representa un cambio de paradigma en la forma en que los científicos piensan sobre la forma en que los organismos obtienen energía. Se desconocía el mecanismo de funcionamiento de FBEB, es decir, hasta que los investigadores del Centro de Investigación de la Frontera de la Energía de la Transferencia y Catálisis de Electrones Biológicos (BETCy), cuyos miembros incluyen Cara E. Lubner, David W. Mulder, y Paul W. King del Laboratorio Nacional de Energía Renovable (NREL) del Departamento de Energía de EE. UU.

El equipo examinó características previamente desconocidas del mecanismo catalítico, ganando crítica, información completa sobre la forma en que funciona FBEB. Uno de los hallazgos más importantes es cómo una molécula de flavina única es capaz de generar dos niveles de energía a partir de un solo compuesto precursor. Un nivel se usa para realizar una reacción química fácil, mientras que el otro mucho más enérgico se usa para realizar una química más difícil para formar un compuesto de alta energía. Al hacerlo, las dos reacciones se acoplan entre sí de modo que la energía que normalmente se desperdicia se conserva en el compuesto de alta energía.

FBEB permite que un organismo obtenga más energía "por su dinero, "y el jugador clave es la flavina única que permite a la enzima realizar una química conservadora de energía como ninguna otra que se haya estudiado. La investigación aporta una nueva comprensión de la bifurcación de electrones y establece un modelo de los principios mecanicistas subyacentes mediante los cuales funcionan". Los resultados deberían permitir nuevas estrategias para diseñar sistemas biológicos para una producción más eficiente de combustibles y productos químicos y para desarrollar procesos catalíticos que optimicen la conversión de reacciones electroquímicas. ", dijo Cara Lubner, investigadora de NREL. Comprender la bioquímica de la bifurcación permitirá estrategias más informadas para que los microbios de bioingeniería produzcan niveles más altos de biocombustibles y menos químicos".

Los detalles del estudio se pueden encontrar en el artículo "Perspectivas mecanicistas sobre la conservación de energía por bifurcación de electrones basada en flavin" en la revista Biología química de la naturaleza . El artículo fue escrito por miembros de BETCy, que se encuentran en NREL, Universidad Estatal de Montana, Universidad del estado de Arizona, la Universidad de Georgia, y la Universidad de Kentucky.

"A medida que comprendamos mejor el método de bifurcación, Prevemos que se podrían diseñar nuevos materiales y catalizadores que tengan la misma mayor eficiencia en las químicas importantes que realizan, ", señaló el científico de NREL, David Mulder. Un resultado potencial es menos subproductos de los procesos catalíticos (los subproductos suelen ser la consecuencia de procesos energéticamente ineficientes) y, por lo tanto, ahorros en materiales y dinero gastado en procesos industriales. También puede ser posible tomar Aprovechar estas vías de eficiencia energética dentro de las células vivas mediante la ingeniería de microbios para utilizarlos preferentemente para fabricar mejores productos, como productos químicos. combustibles o gas hidrógeno.