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Bessere biologische Brennstoffe und Bioproducts von der Fotosynthese?

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Nationale Wissenschaftler des Energieen-Labor (NREL) haben entdeckt, dass eine metabolische Bahn vorher wahrscheinlich funktionell nur in den fotosynthetischen Organismen wirklich eine Bahn ist, die leistungsfähiger Umwandlung des Kohlendioxyds zu den organischen Mitteln ermöglichen kann. Die Entdeckung glänzt Licht auf dem metabolischen Netz für Carbonanwendung im Cyanobacteria. Sie kann die Tür zu den Weisen des Produzierens der Chemikalien aus Kohlendioxyd- oder Betriebslebendmasse anders als die Ableitung sie vom Erdöl auch öffnen.

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Die Entdeckung, geführt NREL vom älteren Wissenschaftler Jianping Yu und Wei Xiong, Postdoc Fellow eines NREL Direktors, folgt der rezenten Arbeit, die Cyanobacteria mit einbeziehen, oder den blaugrünen Algen. NREL Wissenschaftler führten ein cyanobacterium, Synechocystis aus, das nicht imstande ist, Carbon als Glycogen in eine Belastung zu speichern, die Xylose (einen Hauptzuckerbestandteil der zellulosehaltigen Lebendmasse) umwandeln könnte. Diese gedrehte Xylose und Kohlendioxyd in Pyruvat und 2 in oxoglutarate, organische Chemikalien, die benutzt werden können, um eine Vielzahl der Bio-gegründeten Chemikalien und der biologischen Brennstoffe zu produzieren. Während die Prüfung dieser Belastung unter mehrfachem Wachstum bedingt, entdeckten die Wissenschaftler, dass es große Mengen der Essigsäure ausschied.

Essigsäure ist eine Chemikalie, die in den hohen Volumen für eine Vielzahl von Zwecken produziert wird. Die chemische Industrie produziert mehr als 12 Million Tonnen pro Jahr, hauptsächlich aus Methanol, das der Reihe nach hauptsächlich aus Erdgas produziert wird. Das Potenzial, Essigsäure aus Fotosynthese zu produzieren konnte das Vertrauen der Nation auf Erdgas verringern. Während mögliche Anwendungen viel versprechend sind, wurden die Forscher hauptsächlich intrigiert, denen sie die Produktion der Essigsäure von bekannten Bahnen nicht erklären konnten. Sie wussten, dass ein Enzym, das phosphoketolase genannt wurde, beteiligt sein könnte, da es vorher vorgeschlagen worden war, um im Cyanobacteria aktiv zu sein.

Abfahrend von einem vorher studierten phosphoketolase, waren die Forscher in der Lage, das Gen slr0453 als die wahrscheinliche Quelle des phosphoketolase in Synechocystis zu identifizierenen. Der folgende Schritt war, das Gen zu sperren. Die Sperrung er in den wilden und Variationbelastungen von Synechocystis verlangsamte das Wachstum im Sonnenlicht? bedingt das heißt, Abhängigen nur auf CO2-Assimilation durch Fotosynthese? zeigen, dass das Gen eine Rolle im fotosynthetischen Carbonmetabolismus spielte. Die Belastungen mit dem untauglichen Gen schieden Essigsäure im Licht nicht in Anwesenheit der Xylose aus.

Die Klammer war, dass Synechocystis in der Lage war, Essigsäure in der Dunkelheit zu produzieren, als eingezogen mit Zucker. Belastungen mit dem untauglichen Gen konnten nicht. Die Forscher fanden, dass die phosphoketolase Bahn für das Produzieren der Essigsäure in der Dunkelheit und zum Carbonmetabolismus im Licht auch beigetragen allein verantwortlich war, als Xylose geliefert wurde.

„Von einem Gesichtspunkt der grundlegenden Wissenschaft, dieser ist eine Hauptbahn, die eine möglicherweise wichtige Funktion hat, wenn es fotosynthetische Energieumwandlung reguliert,“ sagt Yu. Xiong bestimmte dann den Beitrag der eben entdeckten Bahn quantitativ, indem er Carbonisotope verwendete, um aufzuspüren, wie Xylose und Kohlendioxyd in andere organische Chemikalien umgewandelt wurden. Die Resultate zeigten, dass die phosphoketolase Bahn einen signifikanten Anteil zentralen Carbonmetabolismus trug. „Sie fällt, dass die phosphoketolase Bahn eine Hauptbahn unter unseren experimentellen Bedingungen ist,“ sagt Yu aus. „Und weil sie den Carbonverlust vermeidet, der mit traditionellen Bahnen verbunden ist, können eine große Vielfalt von bioproducts und biologische Brennstoffe unter Verwendung dieser Bahn leistungsfähiger gebildet werden.“

Entsprechend Yu sind zwei Aspekte dieser Entdeckung wichtig. Eins ist, dass phosphoketolase eine wichtige gebürtige metabolische Bahn im cyanobacterium ist, dessen Rolle nicht vorher studiert wurde. Ist an zweiter Stelle, dass diese Bahn leistungsfähiger ist, als die traditionellen Bahnen, sie bedeutend ausgenutzt werden können, um fotosynthetische Produktivität zu erhöhen.