Yeni bir araştırmaya göre sert odunsu lignini parçalayan yeni bir yapay enzim, yeni bir yenilenebilir enerji kaynağı geliştirmek için umut vaat ediyor.
Bir yüzyıldan fazla bir süredir ligninden değerli ürünler yapmaya çalışan kimyacılar bu konuda başarısız oldular. Ancak günümüzde bu hayal kırıklığı sicili değişmek üzere…
Lignin, hücre duvarlarını oluşturduğu ve bitkilere sertlik sağladığı tüm vasküler bitkilerde bulunu Ayrıca lignin ağaçların ayakta durmasını sağlar, sebzelere sıkılığını verir ve odun ağırlığının yaklaşık %20-35’ini oluşturur. Lignin havaya maruz kaldığında sarardığından, ahşap ürünleri endüstrisi onu ince kâğıt yapım sürecinin bir parçası olarak çıkarır. Çıkarıldıktan sonra, yakıt ve elektrik üretmek için genellikle verimsiz bir şekilde yakılır. Günümüzde dünya üzerinde en bol bulunan ikinci yenilenebilir karbon kaynağı olan lignin, çoğunlukla yakıt kaynağı olarak çöpe gidiyor. Yemek pişirmek için odun yakıldığında, lignin yan ürünleri, yiyeceklere bu dumanlı lezzetin verilmesine yardımcı oluyor ancak yanma, tüm bu karbonu başka kullanımlar için yakalamak yerine atmosfere bırakıyor.
Washington Eyalet Üniversitesi ve Enerji Bakanlığı’nın Pasifik Kuzeybatı Ulusal Laboratuvarı’ndan (Pacific Northwest National Laboratory/PNNL) bir araştırma ekibi Nature Communications dergisinde yayınlanan makale ile yapay enzimlerinin, daha önce ekonomik açıdan faydalı bir enerji kaynağına dönüştürmek için yapılan girişimlere inatla direnen lignini parçalamayı başardığını ortaya koydu. Çalışmaya göre yeni bir yapay enzim, odunsu bitkilerin şekillerini korumasına yardımcı olan sert polimer olan lignini parçalayabildiğini gösterdi. Ayrıca lignin yenilenebilir enerji ve malzemeler için muazzam bir potansiyel depoluyor. Araştırmacılara göre saflaştırılmış haldeki odunsu lignin, verimli bir şekilde faydalı forma dönüştürülebilirse, yenilenebilir bir biyoyakıt olarak umut vaat ediyor.
Bu bağlamda makalenin yazarlarından Xiao Zhang şunları söyledi: “Biyo-taklitçi enzimimiz, bir atılım olarak kabul edilen gerçek lignini parçalama konusunda umut verdi. Yeni bir katalizör sınıfı geliştirme ve biyolojik ve kimyasal katalizörlerin sınırlamalarını gerçekten ele alma fırsatı olduğunu düşünüyoruz.” Makalenin bir diğer yazarı Chun-Long Chen ise şunları söyledi: “Bu, biyoyakıt olarak ve kimyasal üretim için kullanılabilecek bileşikler üretmek için lignini verimli bir şekilde sindirebildiğini bildiğimiz ilk doğa-mimetik enzimdir.”
Araştırmacılar, doğal enzimleri kendileri için çalışmak için kullanamasalar da on yıllar boyunca nasıl çalıştıkları hakkında çok şey öğrendiler. Öyle ki, Zhang’ın araştırma ekibinin bir inceleme makalesi, lignin parçalayıcı enzimlerin uygulanmasına yönelik zorlukları ve engelleri özetliyor. Bu bağlamda Zhang, “Bu engelleri anlamak, biyomimetik enzimlerin tasarımına yönelik yeni anlayışlar sağlıyor” diye ekledi.
Mevcut çalışmada ise araştırmacılar, doğal enzimlerin aktif bölgesini çevreleyen “peptitleri”, “peptoid” adı verilen protein benzeri moleküllerle değiştirdiler. Bu peptoidler daha sonra nano ölçekli kristal tüpler ve tabakalar halinde kendiliğinden birleştirilir. Yeri gelmişken belirtmekte fayda var; Peptoidler ilk olarak 1990’larda proteinlerin işlevini taklit etmek için geliştirildi. Bilim insanlarının doğal enzimlerin eksikliklerini gidermelerine olanak tanıyan, yüksek stabilite de dahil olmak üzere birçok benzersiz özelliklere sahip olan peptoidler, bu durumda, doğal bir enzimle elde edilmesi imkânsız olan yüksek yoğunlukta aktif bölgeler sunar.
Yazarlara göre beklendiği gibi bu yapay enzimler ayrıca doğal versiyonlarından çok daha kararlı ve sağlam. Böylece doğal bir enzimi yok edecek bir sıcaklık olan 60 santigrat dereceye kadar sıcaklıklarda çalışabilirler.
Bu çalışmanın gerçekten yeni fırsatlar sunduğunu vurgulayan Chen, “Bu, çevreye zarar vermeyen bir yaklaşım kullanarak lignini değerli ürünlere dönüştürebilmek için ileriye doğru atılmış önemli bir adımdır.”dedi.
Diğer yandan yazarlara göre yeni biyo-mimetik enzim, dönüşüm verimini artırmak, daha seçici ürünler üretmek için daha da geliştirilebilirse, endüstriyel ölçeğe kadar ölçeklenme potansiyeline sahip. Ayrıca teknoloji, diğer uygulamaların yanı sıra havacılık biyoyakıtı ve biyo-tabanlı malzemeler için yenilenebilir malzemelere yeni yollar sunuyor.