Reao biolgica induzida por eletricidade externa

Energia

Redação do Site Inovação Tecnológica – 29/08/2023

Alm da eletrobiologia

Quando a natureza realiza reaes qumicas para criar compostos ricos em energia a partir de molculas simples, ela necessita de uma entrada de energia.

Ns tentamos imitar isto para criar uma qumica mais verde e produzir combustveis limpos, mas falar mais fcil do que fazer porque o suprimento de energia da natureza muito diferente daqueles que nossa tecnologia desenvolveu.

Agora, pela primeira vez, pesquisadores alemes conseguiram conseguiram alimentar processos bioqumicos similares aos naturais usando eletricidade produzida pelo homem, gerada externamente ao prprio sistema qumico.

Shanshan Luo e colegas do Instituto Max Planck de Microbiologia Terrestre desenvolveram uma via metablica artificial que utiliza eletricidade para produzir ATP, um transportador de energia bioqumica.

Produo de ATP com eletricidade

A equipe vinha explorando processos de fotossntese artificial para produzir compostos que podem ir de alimentos a combustveis. Essa abordagem de biologia sinttica imita a forma como a fotossntese nas plantas converte o dixido de carbono. Mas, assim como o processo natural, a fotossntese sinttica exige energia.

A moeda de troca da energia qumica na natureza o ATP (trifosfato de adenosina). Sua energia fica localizada na ligao qumica: A quebra dessas ligaes libera energia, que ento alimenta os processos bioqumicos.

O que Luo conseguiu agora foi alimentar esses processos bioqumicos usando eletricidade fornecida externamente. E, para fazer jus s suas propostas de uma economia verde, eles pretendem que essa eletricidade venha da energia solar ou da energia elica.

Como o ATP pode ser diretamente usado para formar compostos qumicos ricos em energia, como amido ou protena, essa nova via metablica proporciona uma abordagem totalmente nova para uma bioeconomia sustentvel e com impacto neutro no clima.

Ciclo AAA

A equipe desenvolveu uma cascata enzimtica, chamada “ciclo AAA”, que usa quatro biocatalisadores para produzir ATP por meio de corrente eltrica. A primeira enzima, e a principal, chamada aldedo ferredoxina oxidorredutase (AOR), reduz um cido a um aldedo.

Os pesquisadores descobriram o AOR em uma bactria ainda pouco conhecida cientificamente, chamada Aromaticum aromatoleum, quando tentavam cultivar o micrbio em condies de laboratrio sem oxignio para estudar sua capacidade de degradar o petrleo na natureza. No final, esta descoberta ao acaso e descompromissada se transformou no ncleo do ciclo AAA.

“A energia eltrica armazenada na ligao aldedo. As trs enzimas restantes so responsveis pela regenerao do aldedo. Esse processo libera energia que usada para gerar ATP,” explica Luo.

O ATP do ciclo AAA pode ser usado para alimentar reaes qumicas, como a produo de glicose-6-fosfato, o alicerce do amido, ou para a sntese de protenas.

Sucesso e prximos passos

“Nunca foi possvel alimentar reaes bioqumicas dependentes de ATP com eletricidade. O ciclo AAA agora capaz de converter diretamente energia eltrica em energia bioqumica,” contextualizou o professor Tobias Erb. “Isto permitir a sntese de recursos valiosos e ricos em energia, como amido, biocombustveis ou protenas, a partir de blocos de construo celulares simples – no futuro, at mesmo a partir de dixido de carbono. Poder at ser possvel utilizar molculas biolgicas para armazenar energia eltrica.”

No entanto, ainda h muito trabalho a ser feito antes que esta prova de conceito possa ser usada em aplicaes prticas. As enzimas ainda carecem de estabilidade e se decompem quando expostas ao oxignio. Atualmente, apenas pequenas quantidades de energia so convertidas. Portanto, antes que esta inovao possa ser utilizada em escala industrial, os cientistas tm muito trabalho a fazer.

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