La carboxylation biocatalytique par l'enzyme malique ouvre de nouvelles voies pour la synthèse sélective de CO plus large2 produits de fixation. Crédit : Institut de technologie de Tokyo
Les technologies de captage et d'utilisation du carbone pour la conversion du dioxyde de carbone en acides carboxyliques ont récemment attiré l'attention, des chercheurs de Tokyo Tech ayant récemment démontré une réaction de carboxylation biocatalysée non seulement d'un substrat naturel, le pyruvate, mais également d'un substrat non naturel, le 2-cétoglutarate, en utilisant le Thermoplasma. acidophile NADP+– enzyme malique dans des conditions de réaction douces. La stratégie proposée peut être adaptée à la synthèse sélective par le biais de réactions de fixation du dioxyde de carbone.
Éliminer l'excès de dioxyde de carbone (CO2) de l'environnement n'est pas l'objectif final du processus de décarbonation nécessaire pour réduire les effets du réchauffement climatique provoqué par les gaz à effet de serre. Au contraire, les nouvelles technologies de captage et d’utilisation du carbone (CCU) gagnent en popularité au cours de la décennie en cours en tant que méthode efficace d’élimination du CO.2 de l'environnement et le transformer en quelque chose de précieux, par exemple en produits chimiques utilisés commercialement tels que les acides carboxyliques.
Cependant, la stabilité du CO2 le rend non réactif et donc un matériau de départ difficile pour la production d'acide carboxylique. Ainsi, la procédure de carboxylation qui en résulte nécessite des réactifs réactifs, des conditions de température et de pression élevées qui ont un impact significatif sur le coût énergétique et la durabilité du processus.
Pour surmonter ces problèmes, les chercheurs, professeur agrégé Tomoko Matsuda et étudiant en master Yuri Oku, tous deux du Département des sciences et technologies de la vie de l'Institut de technologie de Tokyo (Tokyo Tech), ont exploré l'utilisation de biocatalyseurs pour le CO.2 réactions de fixation.
Les résultats de leur étude ont été publiés en ligne dans JACS Au le 13 mai 2024. Les chercheurs ont étudié et réalisé une réaction de carboxylation dans des conditions douces en présence du biocatalyseur Thermoplasma acidophilum NADP.+– enzyme malique (TaME) et CO gazeux2 via le couplage de la régénération enzymatique des coenzymes.
La stratégie proposée a permis de réaliser la réaction de carboxylation non seulement d'un substrat naturel, le pyruvate, mais également d'un substrat non naturel, le 2-cétoglutarate.
“L'objectif de notre étude était de développer une réaction de carboxylation catalysée par TaME en utilisant uniquement du CO gazeux.2 en tant que CO2 source et d'élargir la spécificité du substrat du TaME pour la carboxylation », a déclaré Matsuda. Pour la réaction de carboxylation, les chercheurs ont choisi le TaME comme enzyme dans l'espoir d'une robustesse et d'une facilité de manipulation, similaires à d'autres enzymes de T. acidophilum, qui ont également été signalées ont des valeurs thermiques et CO élevées2-stabilités de pression.
Pour la carboxylation du pyruvate, il a été traité avec du TaME et du co-enzyme NADPH sous une pression de 0,1 MPa de CO.2. Cependant, cela a conduit à un rendement relativement inférieur. Pour résoudre ce problème, les chercheurs ont ajouté deux nouveaux cofacteurs, à savoir le TaGDH (GDH : glucose déshydrogénase) et le D-glucose, ce qui a entraîné une multiplication par 18 du rendement. Ils ont également étudié les effets du CO2 la pression, le pH et la concentration du substrat sur la réaction de carboxylation.
En outre, ils ont réalisé avec succès la carboxylation réductrice d'un substrat non naturel, le 2-cétoglutarate, en isocitrate, produit correspondant, par du CO gazeux.2TaME, TaGDH et D-glucose.
La stratégie basée sur les biocatalyseurs proposée dans cette étude a conduit à une carboxylation réussie du substrat naturel, le pyruvate, et du substrat non naturel, le 2-cétoglutarate, dans des conditions de température (37 °C) et de pression douces (0,1 MPa CO2), réduisant ainsi la charge énergétique et augmentant la durabilité de l'ensemble du processus CCU. L'utilisation efficace du TaME a ouvert de nouvelles voies pour la synthèse sélective de produits de carboxylation plus larges en utilisant des réactifs plus sûrs et plus respectueux de l'environnement au lieu de produits chimiques agressifs.
“Nous pensons que notre méthode proposée peut être repensée pour effectuer une large gamme de réactions de carboxylation sélectives en utilisant des ressources renouvelables, dans des conditions de réaction plus douces et avec moins de sous-produits et de déchets indésirables, ouvrant ainsi la possibilité de biocatalyse pour l'utilisation du carbone. dioxyde de carbone comme matière première”, conclut Matsuda.
Plus d'information:
Yuri Oku et al, Promiscuité du substrat de l'enzyme malique de Thermoplasma acidophilum pour la réaction de fixation du CO2, JACS Au (2024). DOI: 10.1021/jacsau.4c00290
Fourni par l'Institut de technologie de Tokyo
Citation: Fixation de l'excès de dioxyde de carbone : carboxylation pilotée par biocatalyseur dans des conditions douces (10 juin 2024) récupéré le 10 juin 2024 sur
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