Los científicos están más cerca de encontrar formas de convertir el dióxido de carbono en la atmósfera en productos químicos de utilidad industrial gracias a un estudio de RIKEN que analizó cómo la naturaleza convierte el dióxido de carbono en compuestos orgánicos más complejos, uno de los procesos que sustentan el origen de la vida.

Encontrar un medio energéticamente eficiente para convertir el gas de dióxido de carbono en compuestos útiles es muy atractivo para reducir la emisión de gases de efecto invernadero de una manera económicamente viable. En naturaleza, El dióxido de carbono se convierte en monóxido de carbono y luego en compuestos orgánicos más complejos a través de reacciones que probablemente están relacionadas con el origen de la vida en la Tierra.

Estas reacciones pueden seguir diferentes vías, pero uno particularmente eficiente emplea la enzima monóxido de carbono deshidrogenasa (CODH), lo que ayuda a reducir los costos energéticos asociados con el primer paso de la reacción:la reducción del dióxido de carbono en monóxido de carbono. Comprender el mecanismo catalítico de la enzima CODH podría allanar el camino hacia aplicaciones tecnológicas respetuosas con el medio ambiente, así como ofrecer información importante sobre el origen de la vida en nuestro planeta.

Cada enzima tiene un sitio activo específico donde ocurren las reacciones relevantes. Ahora, Ryuhei Nakamura del RIKEN Center for Sustainable Resource Science (CSRS) y sus colegas han propuesto que un átomo específico, níquel, es clave para el mecanismo de reacción que tiene lugar en el sitio activo de la enzima CODH.

"La CODH es una enzima poco común que utiliza un sitio activo de sulfuro de hierro y níquel en lugar de los grupos de sulfuro de hierro más comunes, "explica Hideshi Ooka, coautor del artículo. "Si bien nuestro grupo y otros ya han informado que agregar níquel a los sulfuros de hierro mejora la eficiencia para la reducción de dióxido de carbono, la razón por la que el níquel es importante no se conocía debido a la falta de estudios espectroscópicos in situ, "dice Ji-Eun Lee, también de CSRS.

El equipo utilizó tres análogos inorgánicos del sitio activo CODH:uno con hierro y azufre y dos con níquel, hierro y azufre, y siguió la reducción de dióxido de carbono en los tres análogos usando espectroscopía infrarroja mientras variaba el potencial eléctrico aplicado.

La reducción de dióxido de carbono ocurrió solo en presencia de níquel, que se une al carbono mientras que el hierro se une al oxígeno. A medida que aumentaba el potencial, el grupo de hierro, azufre y níquel catalizó la reducción adicional de monóxido de carbono en el grupo formilo, que luego se convirtió en metano y etano.

A través de su trabajo, Nakamura y sus colaboradores han proporcionado una comprensión a nivel molecular detrás de la reducción de dióxido de carbono mejorada con níquel, ofreciendo importantes conocimientos para el desarrollo de catalizadores biomiméticos.

"Nuestros resultados también muestran que la reducción del dióxido de carbono es posible en la superficie de los minerales, sugiriendo que los sulfuros de níquel-hierro pueden haber contribuido a la fijación prebiótica del dióxido de carbono, "dice Nakamura.