Enzim bakteri dapat membuka jalan bagi produksi etilen yang berkelanjutan
- Produksi etilen konvensional melepaskan sejumlah besar gas rumah kaca. Enzim bakteri memungkinkan produksi bahan penyusun plastik etilen tanpa emisi CO2.
- Para peneliti di Institut Mikrobiologi Terestrial Max Planck kini telah menyelidiki struktur dan fungsi enzim secara in vitro.
- Hasilnya memberikan landasan struktural dan biokimia untuk produksi bioteknologi etilen yang lebih berkelanjutan, sekaligus menjelaskan proses biokimia awal di Bumi.
Produksi etilen – dengan dan tanpa bakteri
Permintaan plastik dan bahan baku kimia saat ini dipenuhi melalui produksi etilen dari bahan bakar fosil dalam skala besar. Hal ini membuat perlunya mencari proses baru yang terbarukan. Menggunakan enzim bakteri sebagai katalis bisa menjadi kuncinya, namun hanya sedikit enzim alami yang memiliki kemampuan untuk membentuk etilen. Enzim-enzim ini biasanya memerlukan substrat yang kaya energi dan menghasilkan CO2 sebagai produk sampingannya.
Oleh karena itu, beberapa tahun yang lalu, komunitas ilmiah sangat gembira ketika enzim metiltio-alkana reduktase ditemukan pada bakteri. Rhodospirillum berwarna merah. Enzim ini memungkinkan bakteri menghasilkan etilen dalam kondisi bebas oksigen tanpa melepaskan CO2.
Enzim Khusus: -Kelompok Besar Biologi-
Sifat bebas oksigen dari proses ini menimbulkan masalah. Karena banyaknya tantangan yang terlibat dalam pemurnian dan penanganan metaloenzim yang peka terhadap oksigen ini, metiltio-alkana reduktase hanya dapat dipelajari dalam kultur sel dan tidak ada pemahaman rinci tentang cara kerjanya. Banyak pertanyaan penting mengenai potensi bioteknologi yang masih belum terjawab: Bagaimana enzim dapat mengkatalisis reaksi ini, dan sifat apa yang menentukannya?
Para peneliti di Institut Mikrobiologi Terestrial Max Planck di Marburg, yang dipimpin oleh Johannes Rebelein, kini telah berhasil memurnikan enzim dan menjelaskan strukturnya bekerja sama dengan RPTU Kaiserslautern. Karakterisasi katalitik, spektroskopi, dan struktural mengungkap penemuan menarik: 'Reaksi ini didorong oleh gugus besi-belerang yang besar dan kompleks, yang sebelumnya diperkirakan hanya terjadi pada nitrogenase, salah satu enzim tertua di Bumi,' jelas Ana Lago-Maciel, kandidat doktor dan penulis pertama studi tersebut. Metiltio-alkana reduktase adalah enzim non-nitrogenase pertama yang diketahui mengandung gugus logam ini.
Nitrogenase muncul miliaran tahun yang lalu sebagai satu-satunya enzim di alam yang dapat mengurangi gas nitrogen dari atmosfer, sehingga tersedia bagi kehidupan dengan memungkinkan penggabungan nitrogen ke dalam biomolekul seperti DNA dan protein. Kemampuan unik ini didasarkan pada gugus besi-belerang yang besar dan kompleks. Karena kompleksitas struktural dan signifikansi geokimianya, gugus nitrogenase diklasifikasikan sebagai salah satu -kelompok besar biologi-.
Cetak biru produksi plastik yang lebih berkelanjutan
Penelitian ini memberikan dasar biokimia dan struktural untuk sumber hidrokarbon yang signifikan secara geokimia. 'Faktanya, enzim ini memiliki keserbagunaan yang luar biasa,' jelas Johannes Rebelein. 'Ini dapat menghasilkan berbagai hidrokarbon secara berkelanjutan termasuk etilen, etana, dan metana.-
Spektrum substrat enzim sangat berbeda dengan nitrogenase dan membuka pintu baru untuk memahami bagaimana reaktivitas gugus logam ditentukan oleh perancah protein. 'Studi kami memberikan pengetahuan struktural mendalam yang kami perlukan untuk menjinakkan reduktase ini secara bioteknologi dan menyesuaikan spektrum produknya dengan kebutuhan kami,' kata Johannes Rebelein. Ia menambahkan, hasilnya memberikan petunjuk tentang evolusi masa lalu dari 'kelompok besar biologi-. “Hasil kami menunjukkan bahwa enzim yang memiliki struktur serupa menggunakan kelompok ini untuk katalisis reduktif jauh sebelum nitrogenase berevolusi. “Ini adalah perubahan signifikan dalam pemahaman kita tentang bagian penting dari sejarah Bumi.”
