إنزيمات كيميائية وبكتيريا لإنتاج الوقود الحيوي

استمع على ساوندكلاود 🎧

قام باحثون بتطوير بكتيريا قادرة على امتصاص ثاني أكسيد الكربون من الجو وتحويله إلى وقود، في خطوةٍ من شأنها فتح آفاق جديدة لتصنيع وقود بمحتوى كربون متوسّط. يتولى تفاعلٌ أنزيمي يعتمد على الشمس استخدام ثاني أكسيد الكربون لتركيب الميثان والهيدروجين ويجري هذا التفاعل بفضل بكتريا Rhodopseudomonas palustris

صورة البكتريا

أمّا عن الإنزيم المستخدم في العملية فيُدعى إنزيم النيتروجيناز nitrogenase وهو قادرٌ على إنجاز تفاعلات صعبة للغاية، فهو يحفّز-في الطبيعة- أنواعاً بكتيريّة لتحوِّل النيتروجين المختزن فيها إلى آمونيا فعّالة عن طريق إرجاع النيتروجين باستخدام ناقل الطاقة في الخلايا (الأدينوزين ثلاثي الفوسفات ATP)

صورة إنزيم النيتروجيناز وتفاعل إنتاج الآمونيا:

وكما هو الحال مع جميع الأنزيمات المحفزة، فإن إرجاع النيتروجين في الحالة العاديّة بغياب النيتروجيناز يتطلّب مقداراً هائلاً من الطاقة، الأمر الذي يحول دون حدوثه بشكل عادي.

مع الأسف فإن أحد العقبات التي واجهت العمليّة، كانت قلّة الكميّات التي يُنتج بها هذا الإنزيم، والتي لا تصلح لعمليات صناعيّة كبيرة بإنتاج ضخم، لذلك لجأ الباحثون للبحث عن منظومات حيّة يمكنها القيام بعمليّة التحويل تلك بشكل طبيعي حيث قام فريق البحث بتحضير بكتيريا R. palustris خصّيصاً لتعديل إنزيم النيتروجيناز بشكل كامل، ففي الحالة الطبيعية، تقوم هذه البكتيريا بامتصاص أشعة الشمس لإنتاج جزيئات الـ ATP وبذلك فهي تؤمّن الطاقة اللازمة للإنزيم ليقوم بعمله.

لاحظ الباحثون فيما بعد عدم قدرة النيتروجيناز على إرجاع النيتروجين، وذلك بعد تعديله من قِبل البكتيريا، لكنّه بالمقابل استطاع إنتاج الميثان والهيدروجين عند تعرّض البكتيريا للضوء، وعلى العموم، فإنّ كفاءة الإنزيم المعدّل في عملية تحويل النيتروجين إلى آمونيا لم تقترب حتى من كفاءة عمليّة إنتاج الميثان من ثاني أكسيد الكربون، فبينما استطاع الإنزيم العادي تشكيل ذرتي هيدروجين لكل جزيئة من الآمونيا، استطاع الإنزيم المعدّل إنتاج الآلاف من ذرات الهيدروجين لكل جزيئة من جزيئات الميتان.

دُرِسـَـت أيضاً أنواع بكتريا أخرى تدعى بمولدات الميثان methanogens تقوم بإنتاجه بدءاً من مركبات الأسيتات، بمساعدة ميكروبات أخرى مانحة للإلكترونات، فهذه العمليّة تتطلّب عادةً منظومات حيويّة دقيقة ولا يمكنها أن تتم باستخدام نوع واحد.

يشار إلى أن بإمكان النيتروجيناز تحويل ثاني أوكسيد الكربون إلى ميثان بخطوة واحدة فقط وضمن المنظومات الحيّة عند درجة حرارة الوسط المحيط، ليقلل بذلك من الحاجة لرفع الحرارة وبالتالي كمية الطاقة المطلوبة لإتمام العمليّة.

وبالمقارنة مع الطرق الحديثة والمُعدّلة، فإن الطريقة التقليديّة التي تحدث في النبات تبقى أكثر كفاءة، لكن بساطة العمليّة أيضاً تجعل من السهل التلاعب بها، فالباحثون يسعون وراء تحفيز هذا الإنزيم لزيادة فعاليّته في تحويل ثاني أكسيد الكربون، بالإضافة للبحث عن موادٍ كيميائيّة أخرى يمكنها القيام بوظائف مشابهة

لمزيد من الاضطلاع اقرأ شرح عملية انتاج الآمونيا من هنا

والتعريف بنوع البكتيريا Rhodopseudomonas من هنا

والتعريف بمولّدات الميثان من هنا

يمكنك أيضاً قراءة مقالاتنا السابقة من هنا عن آلية عمل إنزيم النيتروجيناز عند النبات

المصادر:

هنا