{"id":132234,"date":"2023-09-26T07:08:00","date_gmt":"2023-09-26T05:08:00","guid":{"rendered":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/?p=132234"},"modified":"2023-09-21T11:35:51","modified_gmt":"2023-09-21T09:35:51","slug":"verringerung-der-co2-bilanz-von-methan-durch-umwandlung-in-methanol-mit-einem-neuen-enzym","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/verringerung-der-co2-bilanz-von-methan-durch-umwandlung-in-methanol-mit-einem-neuen-enzym\/","title":{"rendered":"Verringerung der CO2-Bilanz von Methan durch Umwandlung in Methanol mit einem neuen Enzym"},"content":{"rendered":"\n\n\n

Dabei wurde ein Enzym verwendet, das sich leicht in Massenproduktion herstellen l\u00e4sst und die M\u00f6glichkeit bietet, den Kohlenstoff-Fu\u00dfabdruck von Erdgas kosteng\u00fcnstig und effektiv zu verringern. Die Ergebnisse wurden in der Zeitschrift\u00a0ACS Catalysis\u00a0<\/em>ver\u00f6ffentlicht.<\/em><\/p>\n\n\n

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\"Ariyasu
Eine neue Technologie wandelt einen Bestandteil von Erdgas, Methan (links), in Methanol (rechts) um, wobei das P450BM3-Enzym (Mitte, grau) mit einem Lockvogelmolek\u00fcl (Mitte, farbig) verwendet wird. Diese Methode kann ein kosteng\u00fcnstiges und wirksames Mittel zur Verringerung des Kohlenstoff-Fu\u00dfabdrucks von Erdgas sein. \u00a9<\/strong> Ariyasu Shinya<\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n

Methan ist der Hauptbestandteil von Erdgas und eine reichlich vorhandene nat\u00fcrliche Ressource. Es ist jedoch chemisch stabil und erfordert gro\u00dfe Mengen an Energie, bevor es chemisch umgewandelt werden kann. Eine L\u00f6sung ist die Umwandlung von Methan in Methanol. Methan kann in Methanol umgewandelt werden, das sauberer ist als andere fossile Brennstoffe und leicht gelagert und transportiert werden kann. Die Umwandlung von Methan in Methanol kann mit Hilfe des Enzyms Methan-Monooxygenase erfolgen. Das Enzym hat jedoch eine komplexe Struktur, die es schwierig zu handhaben und f\u00fcr die Massenproduktion ungeeignet macht.<\/p>\n\n\n\n

Enzyme sind in der Regel sehr spezifisch und werden oft mit einem Schl\u00fcssel f\u00fcr ein bestimmtes Schloss verglichen. Die Umwandlung von Methan in Methanol mit anderen Enzymen als der Methan-Monooxygenase galt als unm\u00f6glich. Die Forschergruppe griff jedoch auf ihre fr\u00fcheren Arbeiten \u00fcber die Zugabe von chemisch synthetisierten Molek\u00fclen zu einem Enzym zur\u00fcck, um die Eigenschaften des Enzyms selbst zu ver\u00e4ndern. Dies erm\u00f6glicht die chemische Umwandlung von Verbindungen, die normalerweise nicht akzeptiert werden, ein Prozess, der als Substrat-Fehlerkennungssystem bezeichnet wird.<\/p>\n\n\n\n

“Bei diesem System werden k\u00fcnstliche Molek\u00fcle, so genannte T\u00e4uschungsmolek\u00fcle, entworfen und synthetisiert, die den Verbindungen, den so genannten Substraten, \u00e4hneln, die das Zielenzym normalerweise akzeptiert”, so Shoji. “Wenn sie dem Enzym zugef\u00fcgt werden, nimmt das Enzym die “Lockmolek\u00fcle” f\u00e4lschlicherweise als die urspr\u00fcngliche Zielverbindung auf, und das Enzym wird aktiviert. Wenn ein Molek\u00fcl, in diesem Fall Methan, das normalerweise nicht reaktiv ist, dem Enzym zugesetzt wird, h\u00e4lt das Enzym das Lockmolek\u00fcl f\u00e4lschlicherweise f\u00fcr die urspr\u00fcngliche Zielverbindung und nimmt es auf. Das aktivierte Enzym wandelt dann das Methan ‘f\u00e4lschlicherweise’ in ein anderes Molek\u00fcl um.”<\/p>\n\n\n\n

Die Forschergruppe wandte die chemische Enzymkontrolltechnologie auf das Enzym P450BM3 an. Es hydroxyliert langkettige Fetts\u00e4uremolek\u00fcle und wurde bereits zur Umwandlung \u00e4hnlicher Stoffe wie Benzol, Ethan und Propan eingesetzt. Da diese Stoffe jedoch reaktiver und gr\u00f6\u00dfer als Methan sind, stellte die Umwandlung von Methan eine gr\u00f6\u00dfere Herausforderung dar.<\/p>\n\n\n\n

Als n\u00e4chstes suchte die Gruppe nach T\u00e4uschungsmolek\u00fclen mit einer optimalen Struktur, um das kleinste Methanmolek\u00fcl in der Reaktionstasche von P450BM3 zu verankern. Die Forscher untersuchten etwa 40 Molek\u00fcle, die sich bei der Hydroxylierung von Ethan als wirksam erwiesen hatten, aus einer Bibliothek von etwa 600 Lockmolek\u00fclen. In einem Durchbruch best\u00e4tigte Shoji, dass das effizienteste Decoy-Molek\u00fcl Methan in Wasser bei Raumtemperatur in Methanol umwandeln kann.<\/p>\n\n\n\n

“Als wir es testeten, wandelten wir mit Hilfe von P450BM3 erfolgreich Methan in Methanol um”, so Shoji. “Dies war ein aufregender Durchbruch, da P450BM3 aus dem Bakterium Priestia megaterium (fr\u00fcher Bacillus megaterium) gewonnen wird und somit leicht zu handhaben und in gro\u00dfen Mengen mit E. coli zu produzieren ist. Das macht es zu einer attraktiven neuen Option f\u00fcr die effektive Nutzung von Methangas.”<\/p>\n\n\n\n

Eines Tages k\u00f6nnten die T\u00e4uschungsmolek\u00fcle die Umwandlung von Verbindungen erm\u00f6glichen, die weniger schwierig sind als Methan. “Wir gehen davon aus, dass die Technologie zu einer energiearmen, umweltfreundlichen Umwandlungstechnologie f\u00fcr viele andere Kohlenwasserstoffe als Methan entwickelt werden kann”, so Shoji. “Daher wird erwartet, dass sie zur F\u00f6rderung des Einsatzes von Enzymen bei der Entdeckung von umweltfreundlichen Stoffumwandlungstechnologien in Japan beitragen wird. Wir erwarten, dass diese Errungenschaft einen bedeutenden Einfluss auf die Bereiche der katalytischen und enzymatischen Chemie haben wird.”<\/p>\n\n\n\n

Japan k\u00f6nnte sich als ideales Testgebiet f\u00fcr ihre Technologie erweisen, da in den umliegenden Meeren gro\u00dfe Mengen an Methan entdeckt wurden, die als Methanhydrat vergraben sind. Shoji ist optimistisch, was das Potenzial zur Nutzung dieser ungenutzten Ressource angeht. Er sagte: “Die Entwicklung effektiver Methoden zur Methannutzung ist ein wichtiges Thema, um sowohl Umweltprobleme zu l\u00f6sen als auch die Effizienz der Ressourcennutzung zu steigern. Wir hoffen, dass unsere Forschung dazu beitragen kann, das Problem der begrenzten nat\u00fcrlichen Ressourcen in Japan zu l\u00f6sen.”<\/p>\n\n\n\n

ORIGINALVER\u00d6FFENTLICHUNG<\/h3>\n\n\n\n

Shinya Ariyasu, Kai Yonemura, Chie Kasai, Yuichiro Aiba, Hiroki Onoda, Yuma Shisaka, Hiroshi Sugimoto, Takehiko Tosha, Minoru Kubo, Takashi Kamachi, Kazunari Yoshizawa, Osami Shoji; “Catalytic Oxidation of Methane by Wild-Type Cytochrome P450BM3 with Chemically Evolved Decoy Molecules”; ACS Catalysis, Volume 13, 2023-6-14<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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