Bekend om hun vermogen om methaan uit het milieu te verwijderen en om te zetten in een bruikbare brandstof, methanotrofe bacteriën hebben onderzoekers lang gefascineerd. Maar hoe, precies, deze bacteriën van nature zo'n complexe reactie uitvoeren, is een mysterie geweest.

Nu heeft een interdisciplinair team van de Northwestern University ontdekt dat het enzym dat verantwoordelijk is voor de methaan-methanolomzetting deze reactie katalyseert op een plaats die slechts één koperion bevat.

Deze bevinding zou kunnen leiden tot nieuw ontworpen, door mensen gemaakte katalysatoren die methaan - een zeer krachtig broeikasgas - kunnen omzetten in gemakkelijk bruikbare methanol met hetzelfde moeiteloze mechanisme.

"De identiteit en structuur van de metaalionen die verantwoordelijk zijn voor katalyse zijn decennialang ongrijpbaar gebleven, " zei Amy C. Rosenzweig van Northwestern, co-senior auteur van de studie. "Onze studie biedt een grote sprong voorwaarts in het begrijpen hoe bacteriën methaan-naar-methanol omzetten."

"Door het type kopercentrum te identificeren, we hebben de basis gelegd om te bepalen hoe de natuur een van haar meest uitdagende reacties uitvoert, " zei Brian M. Hoffman, co-senior auteur.

Het onderzoek wordt vrijdag gepubliceerd, 10 mei in het journaal Wetenschap . Rosenzweig is de Weinberg Family Distinguished Professor of Life Sciences aan het Weinberg College of Arts and Sciences in Northwestern. Hoffman is de Charles E. en Emma H. ​​Morrison hoogleraar scheikunde aan Weinberg.

Door methaan te oxideren en om te zetten in methanol, methanotrofe bacteriën (of "methanotrofen") kunnen een een-tweetje pakken. Ze verwijderen niet alleen een schadelijk broeikasgas uit het milieu, ze genereren ook een gemakkelijk bruikbare, duurzame brandstof voor auto's, elektriciteit en meer.

De huidige industriële processen om een ​​methaan-naar-methanolreactie te katalyseren, vereisen enorme druk en extreme temperaturen, hoger dan 1 bereiken 300 graden Celsius. methanotrofen, echter, voer de reactie uit bij kamertemperatuur en "gratis".

"Hoewel bekend is dat kopersites de omzetting van methaan in methanol in door mensen gemaakte materialen katalyseren, methaan-naar-methanol katalyse op een monokoper locatie onder omgevingsomstandigheden is ongekend, " zei Matthew O. Ross, een afgestudeerde student mede-geadviseerd door Rosenzweig en Hoffman en de eerste auteur van het artikel. "Als we een volledig begrip kunnen ontwikkelen van hoe ze deze conversie uitvoeren onder zulke milde omstandigheden, we kunnen onze eigen katalysatoren optimaliseren."

De studie is getiteld "Particulate methaanmonooxygenase bevat alleen mononucleaire kopercentra."