• Home
  • Kemi
  • Astronomien
  • Energi
  • Naturen
  • Biologi
  • Fysik
  • Elektronik
  •  science >> Vetenskap >  >> Kemi
    Insikt i enzymers 3D-struktur kan minska kostnaderna för biobränsle

    Att förstå strukturen hos ett enzym som hjälper bakterier att bryta ner cellulosa och kitin i vedartade växtfibrer kan hjälpa till att utveckla bättre biobränslen. På den här bilden, en elektrondensitetskarta (grå) visar strukturen av det aktiva ställets centrum av LPMO-enzymet som studeras, som visar en dioxygenmolekyl (röd sticka) bunden till en katalytisk kopparjon (brons). Kredit:LANL

    Med hjälp av neutronkristallografi, ett forskarlag från Los Alamos har kartlagt den tredimensionella strukturen av ett protein som bryter ner polysackarider, såsom fibercellulosa från gräs och vedväxter, ett fynd som kan hjälpa till att få ner kostnaderna för att skapa biobränslen. Forskningen fokuserade på en klass av kopparberoende enzymer som kallas lytiska polysackaridmonooxygenaser (LPMOs), som bakterier och svampar använder för att naturligt bryta ner cellulosa och närbesläktade kitinbiopolymerer.

    "I längden, att förstå mekanismen för denna klass av proteiner kan leda till enzymer med förbättrade egenskaper som gör produktionen av etanol allt mer ekonomiskt genomförbar, sa Julian Chen, en Los Alamos National Laboratory-forskare som deltog i forskningen.

    Ett team med flera institutioner använde neutronspridningsanläggningen vid Spallation Neutron Source (SNS) vid Oak Ridge National Laboratory och Advanced Light Source (ALS) synkrotronröntgenkälla vid Lawrence Berkeley National Laboratory för att studera LPMO. Både SNS och ALS är DOE Office of Science User Facilities.

    Los Alamos Bioscience Divisions forskare Chen, Clifford Unkefer, och tidigare postdoktor John Bacik, arbeta med medarbetare på Oak Ridge National Laboratory, Lawrence Berkeley Laboratory, och norska universitetet for biovetenskap, löste strukturen av en kitinnedbrytande LPMO från bakterien Jonesia denitrificans (JdLPMO10A). Teamets resultat publiceras i tidskriften Biokemi .

    En av de största utmaningarna som biobränsleforskare står inför är att hitta kostnadseffektiva sätt att bryta isär polysackarider som stärkelse och cellulosa, som är allmänt spridda i växter, till deras underkomponentsocker för produktion av biobränsle. LPMO enzymer, som ses som nyckeln till denna process, använda en enda kopparjon för att aktivera syre, ett kritiskt steg för enzymets katalytiska nedbrytande verkan.

    Även om den specifika mekanismen för LPMO-verkan fortfarande är osäker, man tror att katalys involverar initial bildning av en superoxid genom elektronöverföring från den reducerade kopparjonen. Genom att förstå platsen för kopparjonen och konstellationen av atomer nära den, forskarna hoppas kunna klargöra mer om enzymets funktion. Att göra detta, de förlitar sig på att först bestämma enzymets struktur.

    Även om ett antal röntgenkristallografiska strukturer för närvarande är tillgängliga för LPMO från svamp- och bakteriearter, denna nya struktur är mer komplett. Utredarna använde röntgenkristallografi för att lösa den tredimensionella strukturen i tydlig detalj av alla atomer utom väte, de minsta och mest förekommande atomerna i proteiner. Väteatompositioner är viktiga för att belysa funktionella egenskaper hos målproteinet och kan bäst visualiseras med hjälp av en neutronkristallografi. Utredarna använde denna kompletterande teknik, för att bestämma den tredimensionella strukturen för LPMO, men lyfter fram väteatomerna.

    I synnerhet, i denna studie har det kristalliserade LPMO-enzymet fångats i agerandet av att binda syre. Tillsammans med de senaste strukturerna av LPMO från en mängd olika svamp- och bakteriearter, resultaten av denna studie indikerar en vanlig mekanism för att bryta ner cellulosabiomassa trots stora skillnader i deras proteinsekvenser. Denna studie har ökat insikten om verkningsmekanismen för LPMO, särskilt kopparjonens roll och karaktären av inblandningen av syre.

    Biobränsleforskning är en del av Los Alamos National Laboratorys uppdragsfokus på att integrera forsknings- och utvecklingslösningar för att uppnå maximal effekt på strategiska nationella säkerhetsprioriteringar som nya energikällor.


    © Vetenskap https://sv.scienceaq.com