它是如此金属:科学家证实镍在一个古老的化学反应中起着关键作用
简介:ACS的活性位点,新形成的乙酰基与催化活性镍结合,显示为绿色。 来源:uux.cn/Macon Abernathy/SLAC国家加速器实验室据SLAC国家加速器实验室(Kimberly Hickok):二氧化碳 CO2是导致气候变化的最丰富的温室气体,但早在人类开始以前所未有的水平将其释放到大气中之前,它就已经存在于地球上了。 因此,地球上一些最早的生物进化来驾驭和利用这种对人类和地球有害的气
ACS的活性位点,新形成的乙酰基与催化活性镍结合,显示为绿色。
来源:uux.cn/Macon Abernathy/SLAC国家加速器实验室据SLAC国家加速器实验室(Kimberly Hickok):二氧化碳 CO2是导致气候变化的最丰富的温室气体,但早在人类开始以前所未有的水平将其释放到大气中之前,它就已经存在于地球上了。
因此,地球上一些最早的生物进化来驾驭和利用这种对人类和地球有害的气体。
其中一个过程称为Wood-Ljungdahl途径,仅在缺氧时发生,被认为是自然界中最有效的固碳途径。
但是这一途径究竟是如何从一个步骤发展到下一个步骤的仍然不清楚。
现在,能源部SLAC国家加速器实验室、密歇根大学、西北大学和卡耐基梅隆大学的斯坦福同步辐射光源 SSRL的科学家们发现了Wood-Ljungdahl途径以前未知的内部工作方式。
他们的发现上个月发表在《美国化学学会杂志》上,不仅揭示了地球上最古老的化学反应之一,还可能导致改善碳捕获技术,以缓解气候变化。
在这项研究之前,我们知道为了让Wood-Ljungdahl途径产生供生物体使用的碳,它从二氧化碳开始,SSRL的研究助理兼该研究的合著者Macon Abernathy说。
然后,它将二氧化碳转化为一氧化碳和甲基,并通过某种化学魔法将它们合并为一种可供生物体利用的碳形式。
多年来,科学家们假设该途径通过一系列镍基有机金属中间体发挥作用,这些中间体形成金属-碳键。
具体来说,研究人员专注于两种镍-铁-硫蛋白的复合物,称为CO脱氢酶和乙酰辅酶a合酶 CODH/ACS,它们是催化二氧化碳转化为能量和结构碳以构建细胞壁和蛋白质的主要酶。
但证实这一假设被证明是棘手的,因为酶复合物需要在缺氧的大气中纯化,就像40亿年前地球早期这些蛋白质和这条途径出现时一样。
此外,中间化合物通常不稳定,反应会很快变得不活跃。
此外,CODH中其他镍和铁原子的存在干扰了本研究的目标ACS的研究。
为了规避这些挑战,研究人员开发了一种更活跃的、仅含ACS的蛋白质版本——没有CODH——并在SSRL使用X射线来了解它的金属以及它们如何在酶内工作。
该团队应用了X射线光谱学,这是一种科学家研究光的干涉的技术,光被复合物 这里是ACS中的金属吸收,释放,然后反弹回来,以识别反应发生时变化的化学键。
简而言之,科学家们证实了他们长期以来的假设。
我们发现,有一种非常复杂的有机金属化学正在发生,酶中的一个镍位点正在做所有有趣的事情,SSRL大学的高级科学家、该研究的通讯作者Ritimukta Sarangi说。
密歇根大学教授、该研究的通讯作者史蒂夫·拉格斯代尔 Steve Ragsdale说,研究小组了解到,尽管这种酶有一个由两个镍组成的簇,分别与铁和硫的四个原子相连,但反应总是发生在簇内的一个特定镍上。
碳,如一氧化碳、甲基和乙酰基,都与最接近铁和硫的镍结合,很明显,它们不与任何其他金属结合。
Ragsdale说,研究人员还注意到,含镍蛋白质在每个中间状态都会经历结构上的重大变化。
这并不是我们最初假设的一部分。
我们只是在考虑镍基的基础化学。
但我们看到了蛋白质中发生的所有其他变化,这有点令人惊讶。
Abernathy说,虽然研究人员对反应如何进行有很强的想法,但看到它在行动中仍然令人印象深刻。
这是大自然如此精确的微调,以达到这种优雅的催化系统,萨兰吉说。
我很喜欢这一点,以及我们使用X射线光谱学的能力,这是一种非常强大的工具,可以用来了解自然界正在发生的事情。
SSRL的结构分子生物学资源拥有世界领先的生物X射线光谱学项目,能够研究如此复杂的生物过程。
除了欣赏Wood-Ljungdahl路径本身的自然之美,Ragsdale还表示,他希望通过研究更好地了解这些自然过程,或许还能加强这些过程,从而找到缓解气候变化和开发碳捕获技术以制造化学原料和燃料的方法。
我认为,我们必须首先了解这一过程背后的基本生物化学,他说,然后我们才能在增强这些存在于自然界中的途径方面取得进展。
声明:本文内容仅代表作者个人观点,与本站立场无关。如有内容侵犯您的合法权益,请及时与我们联系,我们将第一时间安排处理
- 奥地利的首都城市介绍奥地利的最大的城市
奥地利的首都城市是维也纳,位于多瑙河畔,是奥地利的最大的城市,全国9个联邦州之一,也是欧洲主要的文化中心,被誉...
宇宙 2024-08-03 12:30:54 - 杨振宁依然是个传奇
杨振宁依然是个传奇...
地球解密 2024-08-03 03:16:38 - 有史以来第一张海王星上黑点的地面图像揭示了这种反气旋涡旋起源的
据美国太空网(基思·库珀):2018年,海王星的大气层中出现了一个黑点,这给了天文学家一个绝佳的机会,最终弄清楚这些...
宇宙 2024-08-02 00:30:48 - 维度空间是哪位?提出来的爱因斯坦
维度空间是爱因斯坦提出来,早在20世纪早期爱因斯坦就曾经指出宇宙中存在着多维度空间。 人类是生活在一个三维空间,什...
宇宙 2024-08-01 22:13:26 - 地球每秒630公里在宇宙中飞奔,目的地在哪?科学家给出了答案
文 | 红枫叶编辑 | 红枫叶想要财神爷天天光顾?那就关注我吧!点赞关注,日进斗金,心想事成!宇宙的华尔兹图片...
神秘星球 2024-08-01 12:30:47 - 大规模超50度高温来袭!地球将走向绝境,2024年6大临界点或难守
2024年7月25日,联合国秘书长古雷斯特发出警告, 极端高温已经不是个例,而是全人类即将面临的气温困境。 这个夏天全球各...
神秘星球 2024-08-01 10:25:32 - 泸定地理位置,四川省甘孜藏族自治州东南部
泸定是川西重要的旅游景区之一,县境内有高万丈的二郎山、蜀山之王贡嘎山、风光秀丽的燕子沟以及国家5A级风景名胜区海...
宇宙 2024-08-01 09:45:28 - 每年有几十万吨大气逃逸到太空,长此以往,大气层会消失吗?
大气层是地球上一个不可缺少的组成部分,可以说没有大气层地球就无法维持大气和生命的存在。 不仅如此,大气层就像是...
宇宙探索 2024-08-01 03:18:18 - 冥王星为什么被除名,太阳系有多少颗行星
随着对宇宙的不断探索,我们很久以前就发现了太阳系中有九颗行星,他们在围绕着太阳不断旋转,所以被称为行星,可有一...
宇宙 2024-08-01 03:13:18 - 脑瘤摘除手术时弹吉他:关公在世吗?
脑瘤摘除手术时弹吉他:关公在世吗?...
地球解密 2024-07-31 12:26:31