De kracht van de natuur zou binnenkort kunnen worden gebruikt om alledaagse materialen zoals verf, cosmetica en farmaceutica op een veel milieuvriendelijkere manier, dankzij een nieuwe doorbraak van wetenschappers.

Het internationale team, met Dr. Simon Freakley van het Centre for Sustainable Chemical Technologies aan de Universiteit van Bath, heeft met succes de katalytische capaciteiten van enzymen uit schimmels ontgrendeld door de perfecte omstandigheden te creëren die nodig zijn om ze te laten functioneren.

Dit zou mogelijk kunnen leiden tot groenere manieren om een ​​groot aantal industriële chemicaliën op een veel efficiëntere manier te maken, door het enzym te combineren met een heterogene katalysator en alleen water te produceren als bijproduct van de reactie.

Katalyse is het proces waarbij de snelheid van een chemische reactie wordt verhoogd door een stof toe te voegen die bekend staat als een katalysator.

Katalysatoren worden veel gebruikt in de industrie om producten op een veel snellere en efficiëntere manier te produceren, met een wereldwijde katalysemarkt met een waarde van meer dan $ 25 miljard.

Toch zijn wetenschappers voortdurend op zoek naar potentiële nieuwe katalysatoren en kijken ze vaak naar de natuur voor inspiratie. enzymen, waarvan bekend is dat ze talrijke biochemische reactietypes katalyseren, zijn ongeëvenaard als het gaat om het versnellen van chemische reacties bij milde omstandigheden en zijn al lang voor de hand liggende kandidaten.

Van bijzonder belang voor wetenschappers zijn enzymen die bekend staan ​​als peroxygenasen die zijn afgeleid van schimmels, onder andere organismen.

Om effectief te functioneren bij gebruik in de industrie, enzymen hebben een constante toevoer van oxidant nodig, die voor peroxygenasen meestal wordt geleverd door waterstofperoxide (H ₂ O ₂ ).

De H ₂ O ₂ zelf wordt vaak geleverd door een andere ondersteunende katalysator, met de huidige benaderingen met behulp van aanvullende enzymsystemen, maar dit resulteert vaak in gecompliceerde reactiemengsels.

Een nieuwe benadering is het combineren van waterstof (H ₂ ) en zuurstof (O ₂ ) direct om de H . te produceren ₂ O ₂ ; echter, de specifieke katalysatoren die voor dit type reactie worden gebruikt, werken onder zeer zware omstandigheden waar enzymen niet van houden.

Als zodanig, dit was een grote hindernis voor wetenschappers die probeerden het katalytische potentieel van enzymen te maximaliseren, omdat ze het moeilijk vonden om ondersteunende katalysatoren te ontwikkelen die in de ideale omgeving van een enzym kunnen werken zonder het enzym zelf te beschadigen.

In hun nieuwe studie gepubliceerd in het tijdschrift Natuurcommunicatie , het team heeft met succes een katalysator ontwikkeld die is gemaakt van nanodeeltjes van goud en palladium die een gestage stroom H . kan produceren ₂ O ₂ aan het enzym in veel meer goedaardige omstandigheden. Dit wordt verbruikt door het enzym in hetzelfde reactievat om de chemische transformatie uit te voeren, wat resulteert in alleen water als bijproduct van het hele gecombineerde katalytische proces.

Hoofdauteur Dr. Freakley zei:"Onze katalysator kan precies de juiste hoeveelheid H . produceren ₂ O ₂ voor het enzym om het hele proces onder milde omstandigheden aan te sturen. Deze transformaties zouden veel zwaardere omstandigheden vereisen als alleen traditionele heterogene katalysatoren zouden worden gebruikt.

"We laten zien dat de H ₂ O ₂ wordt door het enzym geconsumeerd om een ​​reeks organische moleculen met een hoge selectiviteit te oxideren.

"Dit is een uiterst belangrijke stap in de richting van het gebruik van de kracht van enzymen om een ​​reeks moleculen te creëren, van grondstof tot fijnchemicaliën, op een veel groenere en efficiëntere manier. De mogelijkheid tonend dat biokatalysatoren kunnen worden geïntegreerd in de huidige chemische infrastructuur."