Para que todas as coisas vivas tenham sucesso, eles devem se reproduzir e ter energia para isso. A capacidade de um organismo de extrair energia de seu ambiente - e fazer isso melhor do que seus concorrentes - é um requisito fundamental para a sobrevivência. Até recentemente, pensava-se que em toda a biologia, de micróbios a humanos, havia apenas dois métodos para gerar e conservar a energia necessária para o metabolismo e sobrevivência celular.

Agora, os pesquisadores descobriram um terceiro método de produção de energia microbiana, chamado de "bifurcação de elétrons baseada em flavina" (FBEB). Esse método recém-descoberto é na verdade uma forma antiga de geração e conservação de energia, mas é tão diferente dos processos conhecidos que representa uma mudança de paradigma na maneira como os cientistas pensam sobre a forma como os organismos obtêm energia. O mecanismo de funcionamento do FBEB era desconhecido, ou seja, até que uma descoberta foi feita por pesquisadores do Centro de Pesquisa de Fronteira de Energia de Transferência e Catálise de Eletrons Biológicos (BETCy), cujos membros incluem Cara E. Lubner, David W. Mulder, e Paul W. King do Laboratório Nacional de Energia Renovável do Departamento de Energia dos EUA (NREL).

A equipe examinou características até então desconhecidas do mecanismo catalítico, ganhando crítica, percepções abrangentes sobre a forma como a FBEB funciona. Uma das descobertas mais importantes é como uma molécula única de flavina é capaz de gerar dois níveis de energia a partir de um único composto precursor. Um nível é usado para realizar uma reação química fácil, enquanto o outro muito mais energético é usado para realizar uma química mais difícil para formar um composto de alta energia. Ao fazer isso, as duas reações são acopladas para que a energia normalmente desperdiçada seja conservada no composto de alta energia.

FBEB permite que um organismo obtenha mais energia "retorno por seu investimento, "e o jogador principal é a flavina única que permite que a enzima execute uma química de conservação de energia diferente de qualquer outra que tenha sido estudada. A pesquisa traz uma nova compreensão da bifurcação de elétrons e define um modelo dos princípios mecanicistas subjacentes pelos quais elas funcionam." Os resultados devem permitir novas estratégias de engenharia de sistemas biológicos para a produção mais eficiente de combustíveis e produtos químicos e para o desenvolvimento de processos catalíticos que otimizam a conversão de reações eletroquímicas, "disse a pesquisadora do NREL Cara Lubner." Compreender a bioquímica da bifurcação permitirá estratégias mais informadas para que os micróbios da bioengenharia produzam níveis mais elevados de biocombustíveis e produtos químicos reduzidos. "

Detalhes do estudo podem ser encontrados no artigo "Insights mecanísticos sobre a conservação de energia por bifurcação de elétrons à base de flavina" na revista. Nature Chemical Biology . O artigo foi escrito por membros da BETCy, que estão localizados no NREL, Montana State University, Arizona State University, a Universidade da Geórgia, e a Universidade de Kentucky.

"À medida que entendemos melhor o método de bifurcação, prevemos que novos materiais e catalisadores podem ser projetados com a mesma eficiência aumentada nos produtos químicos importantes que desempenham, "observou o cientista do NREL David Mulder. Um resultado potencial é menos subprodutos de processos catalíticos (subprodutos são geralmente a consequência de processos ineficientes em energia) e, portanto, economias em materiais e dinheiro gasto em processos industriais. Também pode ser possível obter vantagem dessas vias de eficiência energética dentro das células vivas por meio da engenharia de micróbios para usá-los preferencialmente para fazer produtos melhores, como produtos químicos, combustíveis, ou gás hidrogênio.