Новые исследования Университета Кюсю в Японии однажды могут помочь обеспечить людей, живущих вдали от Земли, некоторыми питательными веществами, необходимыми им для выживания в космосе, или даже дать ключ к пониманию того, как зародилась жизнь.
Исследователи из Международного института углеродно-нейтральных энергетических исследований сообщили о новом процессе, использующем электричество для эффективного синтеза аминокислот, что открывает двери для более простого и менее ресурсоемкого производства этих ключевых компонентов жизни.
Помимо того, что аминокислоты являются основными строительными блоками белков, они также используются в различных функциональных материалах, таких как кормовые добавки, усилители вкуса и фармацевтические препараты.
Однако большинство современных методов искусственного производства аминокислот основаны на ферментации с использованием микробов, процесс, который требует много времени и ресурсов, что делает его непрактичным для производства этих жизненно важных питательных веществ в условиях ограниченного пространства и ресурсов.
Таким образом, исследователи искали эффективные методы производства, основанные на электричестве, которое может быть получено из возобновляемых источников, но до сих пор в этих усилиях использовались электроды из токсичного свинца, ртути или дорогой платины, что приводило к низкой эффективности и селективности.
Такаши Фукусима и Михо Ямаути теперь сообщают в Chemical Communications, что им удалось эффективно синтезировать несколько типов аминокислот с использованием большого количества материалов.
«В целом реакция проста, но нам нужна была правильная комбинация исходных материалов и катализатора, чтобы заставить ее работать, не полагаясь на редкие материалы», - говорит Ямаути.
Исследователи остановились на комбинации диоксида титана в качестве электрокатализатора и органической кислоты, называемой альфа-кетокислотой, в качестве основного исходного материала. Диоксид титана в изобилии доступен на Земле, а альфа-кетокислоту можно легко извлечь из древесной биомассы.
Помещение альфа-кетокислоты и источника азота, такого как аммиак или гидроксиламин, в раствор на водной основе и пропускание через него электричества с использованием двух электродов, одним из которых был диоксид титана, привело к синтезу семи аминокислоты - аланин, глицин, аспарагиновая кислота, глутаминовая кислота, лейцин, фенилаланин и тирозин - с высокой эффективностью и высокой селективностью даже в мягких условиях.
Водород, который также необходим для проведения реакции, образуется в ходе процесса как естественный результат прохождения электричества между электродами в воде.
В дополнение к демонстрации реакции, исследователи также построили проточный реактор, который может непрерывно электрохимически синтезировать аминокислоты, что указывает на возможности увеличения производства в будущем.
«Мы надеемся, что наш подход даст полезные подсказки для будущей конструкции искусственных циклов углерода и азота в космосе», - комментирует Ямаути.
Считается, что электрохимические процессы также сыграли роль в происхождении жизни, производя основные химические вещества для жизни небиологическими путями, поэтому наши открытия могут также способствовать выяснению тайны создания жизни., - добавляет она.