Pesquisadores do Instituto Qingdao de Tecnologia de Bioenergia e Bioprocessos (QIBEBT) na China avançaram em direção à produção de combustível mais sustentável e econômica, desenvolvendo uma abordagem bioquímica para permitir mais controle sobre a conversão de gás natural em combustível líquido utilizável.

O estudo apareceu em 15 de julho em Catálise ACS .

“A bioconversão de gás natural em combustível líquido tem atraído muita atenção como uma abordagem promissora nos últimos anos, "disse Cong Zhiqi, um autor no papel. "Contudo, a hidroxilação seletiva do metano - o principal componente do gás natural - tem sido um dos maiores desafios para a comunidade científica. "Cong é professor do Laboratório de Biocombustíveis da Academia Chinesa de Ciências e do Laboratório Provincial de Biologia Sintética de Shandong em o Instituto Qingdao de Tecnologia de Bioenergia e Bioprocessos.

Metano e propano, outro componente do gás natural, são moléculas orgânicas chamadas alcanos. Consistindo apenas em átomos de carbono e hidrogênio, os alcanos precisam ser significativamente processados ​​antes que possam ser usados ​​como combustível. O processo inclui a introdução de oxigênio e hidrogênio, chamados grupos hidroxila, no alcano. Os átomos se reorganizam, produzir um álcool que pode ser usado como combustível, como o etanol.

O processo é indireto devido a como os alcanos são seletivos quando reagem aos catalisadores de hidroxila. Os pesquisadores trabalharam na engenharia de uma enzima que acelerasse uniformemente a reação dos pequenos alcanos aos grupos hidroxila necessários para produzir combustível.

De acordo com Cong, este tem sido um problema antigo devido à incapacidade de hidroxilar diretamente os alcanos pequenos. Com o processamento atual, alguns alcanos são muito reativos e tornam o combustível resultante inútil.

Em um esforço para controlar quais alcanos reagem e em que grau, Cong e sua equipe se concentraram em várias variantes da proteína da monooxigenase P450, que ajudam o processo de introdução de grupos hidroxila em moléculas de alcano. São mais de 41, 000 variantes da enzima, tudo isso pode causar diferentes níveis de reação.

Os pesquisadores alcançaram hidroxilação seletiva controlável de propano por meio do que Cong chama de sistema P450 artificial impulsionado por peróxido de hidrogênio. O sistema consiste em uma pequena molécula de função dupla (DFSM), peróxido de hidrogênio e variantes de uma enzima P450 projetada chamada P450BM3. O P45BM3 projetado é preparado para reagir ao peróxido de hidrogênio, e o DFSM mantém a enzima e o peróxido de hidrogênio juntos, permitindo que a reação ocorra.

A reação continua até o propano, converter com sucesso os alcanos em álcoois que podem ser transformados em combustível. Eles descobriram que o sistema tinha propriedades catalíticas comparáveis ​​ou melhores do que a única enzima natural dependente de peróxido conhecida de pequenos alcanos, dependendo de qual variante do P450BM3 eles usaram.

Na engenharia das variantes, os pesquisadores substituíram os substratos da parte da enzima que se liga ao peróxido de hidrogênio por versões mais reativas. Isso ajudou a que as ligações de carbono inertes se quebrassem e se ligassem a outros átomos disponíveis.

"Este estudo deu o primeiro exemplo de hidroxilação direta de pequenos alcanos pelas variantes P450BM3 acionadas por peróxido. Isso expande substancialmente a caixa de ferramentas sintéticas para o desenvolvimento de um catalisador prático para processamento de combustível, "Cong disse.

Os pesquisadores agora estão pesquisando os mecanismos moleculares específicos das reações, e planejam usar essas informações para desenvolver sistemas semelhantes para uso com outros componentes de gás natural, como o metano.

"Esperamos poder ajustar ainda mais a enzima para uso na oxidação do metano, também, "Cong disse.