Investigadores del Instituto de Bioenergía y Tecnología de Bioprocesos de Qingdao (QIBEBT) en China han avanzado hacia una producción de combustible más sostenible y económica mediante el desarrollo de un enfoque bioquímico para permitir un mayor control sobre la conversión del gas natural en combustible líquido utilizable.

El estudio apareció el 15 de julio en Catálisis ACS .

"La bioconversión de gas natural en combustible líquido ha atraído mucha atención como un enfoque prometedor en los últimos años, "dijo Cong Zhiqi, un autor en el papel. "Sin embargo, la hidroxilación selectiva del metano, el principal componente del gas natural, ha sido uno de los principales desafíos para la comunidad científica ". Cong es profesor en el Laboratorio Clave de Biocombustibles de la Academia China de Ciencias y el Laboratorio Clave Provincial de Biología Sintética de Shandong en el Instituto de Bioenergía y Tecnología de Bioprocesos de Qingdao.

Metano y propano, otro componente del gas natural, son moléculas orgánicas llamadas alcanos. Consta únicamente de átomos de carbono e hidrógeno, Los alcanos deben procesarse de manera significativa antes de que puedan usarse en combustible. El proceso incluye la introducción de oxígeno e hidrógeno, llamados grupos hidroxilo, en el alcano. Los átomos se reorganizan, produciendo un alcohol que se puede utilizar como combustible, como el etanol.

El proceso es indirecto debido a la selectividad de los alcanos cuando reaccionan con los catalizadores de hidroxilo. Los investigadores han trabajado en la ingeniería de una enzima que aceleraría uniformemente a lo largo de la reacción de los pequeños alcanos a los grupos hidroxilo necesarios para producir combustible.

Según Cong, esto ha sido un problema de larga data debido a la incapacidad de hidroxilar directamente pequeños alcanos. Con procesamiento actual, algunos alcanos son demasiado reactivos e inutilizan el combustible resultante.

En un esfuerzo por controlar qué alcanos reaccionan y en qué grado, Cong y su equipo se centraron en varias variantes de proteínas de la monooxigenasa P450, que ayudan al proceso de introducción de grupos hidroxilo en moléculas de alcanos. Hay más de 41, 000 variantes de la enzima, todo lo cual puede causar diferentes niveles de reacción.

Los investigadores lograron una hidroxilación selectiva controlable de propano a través de lo que Cong llama un sistema artificial P450 impulsado por peróxido de hidrógeno. El sistema consta de una molécula pequeña de función dual (DFSM), peróxido de hidrógeno y variantes de una enzima P450 diseñada llamada P450BM3. El P45BM3 diseñado está preparado para reaccionar con el peróxido de hidrógeno, y el DFSM mantiene la enzima y el peróxido de hidrógeno juntos, permitiendo que ocurra la reacción.

La reacción continúa al propano, convertir con éxito los alcanos en alcoholes que se pueden convertir en combustible. Descubrieron que el sistema tenía propiedades catalíticas comparables o mejores que la única enzima natural conocida dependiente de peróxido de pequeños alcanos. dependiendo de la variante de P450BM3 que utilizaron.

Al diseñar las variantes, los investigadores reemplazaron los sustratos por parte de la enzima que se une al peróxido de hidrógeno con versiones más reactivas. Esto ayudó a que los enlaces de carbono inertes se rompieran y se unieran con otros átomos disponibles.

"Este estudio dio el primer ejemplo de hidroxilación directa de pequeños alcanos mediante las variantes P450BM3 impulsadas por peróxido. Esto amplía sustancialmente la caja de herramientas sintéticas hacia el desarrollo de un catalizador práctico para el procesamiento de combustible, "Dijo Cong.

Los investigadores ahora están investigando los mecanismos moleculares específicos de las reacciones, y planear usar esa información para desarrollar sistemas similares para usar con otros componentes de gas natural, como el metano.

"Esperamos poder ajustar aún más la enzima para su uso en la oxidación del metano, así como, "Dijo Cong.