Los metabolitos del ciclo de Krebs caen en la materia prima de carbono rica en energía. Crédito: Issey Takahashi
Los científicos de la Universidad de Nagoya han logrado un gran avance en la conversión de metabolitos deficientes en energía en un recurso biorenovable gracias a un catalizador versátil.
La inminente crisis medioambiental exige una transición urgente hacia una economía verde. Un equipo de científicos de la Universidad de Nagoya, Japón, dirigido por el profesor Susumu Saito, ha encontrado recientemente una forma interesante de hacer que esto suceda: aprovechando una importante vía metabólica en las células vivas. Su objetivo era convertir los productos de la vía pobre en energía en productos biorrenovables que potencialmente puedan alimentar nuestro mundo de manera sostenible.
En la mayoría de las plantas, animales, hongos y bacterias, una vía denominada «ciclo de Krebs» es responsable de proporcionar combustible para que las células lleven a cabo sus funciones. Al operar en las mitocondrias, este ciclo finalmente da como resultado la formación de compuestos ricos en energía como NADH y FADH.2 (que se utilizan para alimentar el organismo) y metabolitos deficientes en energía como C4-, VS5-, y C6-ácidos policarboxílicos (PCA). Recientemente, se ha explorado la idea de modificar los PCA altamente funcionalizados en moléculas biorenovables, restaurando los enlaces carbono-hidrógeno (CH) que se perdieron en su creación. Esto necesitaría que estas biomoléculas experimenten reacciones llamadas «deshidratación» y «reducción», es decir, la inversión del ciclo de Krebs, un proceso complicado.
En su nuevo estudio, que fue publicado en Avances científicos, El profesor Saito y su equipo aceptaron el desafío con el objetivo de encontrar un «catalizador» artificial, una molécula que pudiera facilitar esta modificación. Se centraron en un precatalizador potente y versátil llamado «complejo de fosfina-bipiridina-fosfina (PNNP) iridio (Ir) -bipiridilo». El profesor Saito dice: «El catalizador de un solo metal activo como el catalizador (PNNP) Ir puede facilitar la hidrogenación selectiva y la deshidratación de materia prima de biomasa altamente funcionalizada (altamente oxidada y oxigenada) como los metabolitos del ciclo de Krebs».
Cuando los científicos probaron el uso de este precatalizador en C4-, VS5-, y C6-ácidos policarboxílicos y otros metabolitos relevantes para las mitocondrias, encontraron que los enlaces CH se incorporaron de manera efectiva en los metabolitos a través de reacciones de hidrogenación y deshidratación, una hazaña muy difícil de lograr. La restauración de los enlaces CH significa que se pueden generar compuestos orgánicos ricos en energía a partir de materiales pobres en energía que son abundantes en la naturaleza. Además, las reacciones dieron como resultado compuestos llamados «dioles» y «trioles», que son útiles como agentes humectantes y en la construcción de plásticos y otros polímeros. El único producto de «desecho» en esta reacción es el agua, lo que nos proporciona una fuente limpia de energía. No solo esto, estos procesos complejos podrían ocurrir en una «forma de un solo recipiente», haciendo que este proceso sea eficiente.
El profesor Saito y su equipo son optimistas de que su investigación tendrá importantes consecuencias para un futuro centrado en las energías renovables. El profesor Saito dice: “Las materias primas de carbono que se desperdician como el aserrín y los alimentos podridos contienen una bóveda de diferentes ácidos carboxílicos y sus derivados potenciales. El catalizador Ir molecular (PNNP) se puede utilizar para fabricar materiales de emisión cero. Muchos plásticos básicos y materiales poliméricos podrían producirse a partir de materia prima inútil basada en biomasa utilizando los dioles y trioles obtenidos del proceso de hidrogenación «.
Con estos hallazgos, seguramente se vislumbra una sociedad más verde y neutra en carbono.
Referencia: «Reacción de H2 con metabolitos relevantes para las mitocondrias usando un catalizador molecular multifuncional ”por Shota Yoshioka, Sota Nimura, Masayuki Naruto y Susumu Saito, 23 de octubre de 2020, Avances científicos.
DOI: 10.1126 / sciadv.abc0274