World

Studi menunjukkan janji untuk mengembangkan sumber energi baru terbarukan


Enzim buatan baru memecah lignin kayu yang keras

Lignin kayu, terlihat di sini dalam bentuk murni, memegang janji yang signifikan sebagai biofuel terbarukan, jika dapat secara efisien dipecah menjadi bentuk yang berguna. Kredit: Andrea Starr | Laboratorium Nasional Pacific Northwest

Enzim buatan baru telah menunjukkan bahwa ia dapat mengunyah lignin, polimer tangguh yang membantu tanaman berkayu mempertahankan bentuknya. Lignin juga menyimpan potensi luar biasa untuk energi dan material terbarukan.

Pelaporan dalam jurnal Komunikasi Alamtim peneliti dari Universitas Negeri Washington dan Laboratorium Nasional Pasifik Barat Laut Departemen Energi menunjukkan bahwa enzim buatan mereka berhasil mencerna lignin, yang dengan keras kepala menolak upaya sebelumnya untuk mengembangkannya menjadi sumber energi yang bermanfaat secara ekonomi.

Lignin, yang merupakan sumber karbon terbarukan paling melimpah kedua di Bumi, sebagian besar terbuang sia-sia sebagai sumber bahan bakar. Ketika kayu dibakar untuk memasak, produk sampingan lignin membantu memberikan rasa berasap pada makanan. Tetapi pembakaran melepaskan semua karbon itu ke atmosfer alih-alih menangkapnya untuk keperluan lain.

“Enzim peniru bio kami menunjukkan janji dalam mendegradasi lignin asli, yang dianggap sebagai terobosan,” kata Xiao Zhang, penulis korespondensi pada makalah dan profesor di Sekolah Teknik Kimia dan Bioteknologi Gene dan Linda Voiland di WSU. Zhang juga memegang janji bersama di PNNL. “Kami pikir ada peluang untuk mengembangkan kelas katalis baru dan untuk benar-benar mengatasi keterbatasan katalis biologis dan kimia.”

Lignin ada di semua tanaman vaskular, di mana ia membentuk dinding sel dan memberi tanaman kekakuan. Lignin memungkinkan pohon untuk berdiri, memberi sayuran ketegasan mereka dan membuat sekitar 20-35% dari berat kayu. Karena lignin berubah menjadi kuning saat terkena udara, industri produk kayu menghilangkannya sebagai bagian dari proses pembuatan kertas halus. Setelah dihapus, sering tidak efisien dibakar untuk menghasilkan bahan bakar dan listrik.

Ahli kimia telah mencoba dan gagal selama lebih dari satu abad untuk membuat produk berharga dari lignin. Rekam jejak frustrasi itu mungkin akan segera berubah.

Yang lebih baik dari alam

“Ini adalah enzim mimetik alam pertama yang kami tahu dapat mencerna lignin secara efisien untuk menghasilkan senyawa yang dapat digunakan sebagai bahan bakar nabati dan untuk produksi kimia,” tambah Chun-Long Chen, penulis korespondensi, peneliti Pacific Northwest National Laboratory, dan afiliasinya. profesor teknik kimia dan kimia di University of Washington.

Di alam, jamur dan bakteri mampu memecah lignin dengan enzimnya, begitulah cara kayu yang ditumbuhi jamur terurai di hutan. Enzim menawarkan proses yang jauh lebih ramah lingkungan daripada degradasi kimia, yang membutuhkan panas tinggi dan mengkonsumsi lebih banyak energi daripada yang dihasilkannya.

Namun, enzim alami terdegradasi dari waktu ke waktu, yang membuatnya sulit untuk digunakan dalam proses industri. Mereka juga mahal.

“Sangat sulit untuk menghasilkan enzim ini dari mikroorganisme dalam jumlah yang berarti untuk penggunaan praktis,” kata Zhang. “Lalu begitu Anda mengisolasinya, mereka sangat rapuh dan tidak stabil. Tetapi enzim ini menawarkan peluang besar untuk menginspirasi model yang meniru desain dasarnya.”

Sementara para peneliti tidak dapat memanfaatkan enzim alami untuk bekerja untuk mereka, selama beberapa dekade mereka telah belajar banyak tentang cara kerjanya. Sebuah artikel tinjauan baru-baru ini oleh tim peneliti Zhang menguraikan tantangan dan hambatan terhadap penerapan enzim pendegradasi lignin. “Memahami hambatan ini memberikan wawasan baru untuk merancang enzim biomimetik,” tambah Zhang.

Enzim buatan baru memecah lignin kayu yang keras

Peneliti Xiao Zhang (kiri) dan Chun-long Chen (kanan) memeriksa produk pencernaan lignin dengan katalis peptoid biomimetik baru mereka. Kredit: Andrea Starr | Laboratorium Nasional Pacific Northwest

Perancah peptoid adalah kuncinya

Dalam studi saat ini, para peneliti mengganti peptida yang mengelilingi situs aktif enzim alami dengan molekul mirip protein yang disebut peptoid. Peptoid ini kemudian dirakit sendiri menjadi tabung dan lembaran kristal skala nano. Peptoid pertama kali dikembangkan pada 1990-an untuk meniru fungsi protein. Mereka memiliki beberapa fitur unik, termasuk stabilitas tinggi, yang memungkinkan para ilmuwan untuk mengatasi kekurangan enzim alami. Dalam hal ini, mereka menawarkan kepadatan situs aktif yang tinggi, yang tidak mungkin diperoleh dengan enzim alami.

“Kami dapat secara tepat mengatur situs aktif ini dan menyesuaikan lingkungan lokal mereka untuk aktivitas katalitik,” kata Chen, “dan kami memiliki kepadatan situs aktif yang jauh lebih tinggi, daripada satu situs aktif.”

Seperti yang diharapkan, enzim buatan ini juga jauh lebih stabil dan kuat daripada versi alami, sehingga mereka dapat bekerja pada suhu hingga 60 derajat Celcius, suhu yang akan menghancurkan enzim alami.

“Pekerjaan ini benar-benar membuka peluang baru,” kata Chen. “Ini adalah langkah maju yang signifikan untuk dapat mengubah lignin menjadi produk berharga menggunakan pendekatan ramah lingkungan.”

Jika enzim bio-mimetik baru dapat lebih ditingkatkan untuk meningkatkan hasil konversi, untuk menghasilkan produk yang lebih selektif, ia memiliki potensi untuk ditingkatkan hingga skala industri. Teknologi ini menawarkan rute baru ke bahan terbarukan untuk biofuel penerbangan dan bahan berbasis bio, di antara aplikasi lainnya.

Kerjasama penelitian difasilitasi melalui Institut Bioproduk WSU-PNNL. Tengyue Jian, Wenchao Yang, Peng Mu, Xin Zhang dari PNNL dan Yicheng Zhou dan Peipei Wang dari WSU juga berkontribusi dalam penelitian ini.


Peneliti mengisolasi jenis mikroorganisme baru yang memutuskan ikatan eter dalam senyawa berbasis lignin


Informasi lebih lanjut:
Mimetik enzimatik peptoid/hemin yang sangat stabil dan dapat disetel dengan aktivitas seperti peroksidase alami, Komunikasi Alam (2022). DOI: 10.1038/s41467-022-30285-9

Disediakan oleh Laboratorium Nasional Pacific Northwest

Kutipan: Enzim buatan baru memecah lignin kayu yang keras: Studi menunjukkan harapan untuk mengembangkan sumber energi baru terbarukan (2022, 31 Mei) diambil 4 Juni 2022 dari

Dokumen ini tunduk pada hak cipta. Terlepas dari kesepakatan yang adil untuk tujuan studi atau penelitian pribadi, tidak ada bagian yang boleh direproduksi tanpa izin tertulis. Konten disediakan untuk tujuan informasi saja.



Artikel ini pertama kali tayang di situs phys.org

Related Articles

Tinggalkan Balasan

Alamat email Anda tidak akan dipublikasikan. Ruas yang wajib ditandai *

Back to top button