Onderzoekers van de TU Delft hebben in samenwerking met de South China University of Technology een bijzondere eigenschap ontdekt in een groep enzymen die van nature voorkomen in schimmels. De ontdekking werpt een nieuw licht op de biochemie. Dit is de wetenschap die bestudeert hoe chemische processen in levende wezens werken. Het onderzoek onder leiding van Frank Hollmann en Ulf Hanefeld laat zien hoe natuurlijke katalysatoren chemische reacties kunnen uitvoeren in water zonder dat dit water de boel verstoort.
In de traditionele chemie is water vaak een probleem. Voor het maken van alledaagse producten zoals biodiesel of bouwstenen voor bioplastics is een proces nodig waarbij moleculen worden omgevormd. Wanneer dit in een waterige omgeving gebeurt heeft water de neiging om die moleculen direct aan te vallen en af te breken. Dit afbraakproces heet hydrolyse. Om dit te voorkomen gebruikt de industrie momenteel vaak organische oplosmiddelen. Deze zijn effectief maar helaas ook vaak brandbaar of giftig en daardoor belastend voor het milieu.
De Delftse doorbraak is gepubliceerd in het blad Nature Communications en draait om een specifieke mutant van een enzym uit de schimmel Phanerochaete chrysosporium. Tijdens het testen van dit enzym zagen de onderzoekers iets wat theoretisch bijna onmogelijk leek. Het enzym voerde de gewenste reactie perfect uit terwijl er geen enkel molecuul door het water werd afgebroken. Het water was wel aanwezig maar kreeg simpelweg geen kans om de reactie te verpesten.
De verklaring hiervoor is een ingenieuze structuur die de onderzoekers een moleculaire uitsmijter noemen. De actieve holte van het enzym is de plek waar de chemische reactie plaatsvindt. Deze holte is extreem waterafstotend. Terwijl het enzym zelf in het water rondzweeft creëert deze holte een microscopisch kleine droge bubbel binnenin. De uitsmijter werkt heel selectief omdat de benodigde bouwstoffen wel naar binnen mogen maar watermoleculen resoluut buiten de deur worden gehouden.
Deze ontdekking is een belangrijk puzzelstukje voor de biochemie en laat zien dat enzymen veelzijdiger zijn dan gedacht. Een enzym dat in de natuur alcoholen verwerkt blijkt met een kleine aanpassing ook ingewikkelde bouwprocessen te kunnen aansturen in een waterige omgeving. Wetenschappers zochten al dertig jaar naar een manier om dit voor elkaar te krijgen omdat reacties in water veel natuurlijker en energiezuiniger verlopen dan in chemische oplosmiddelen.
Hoewel het nog tijd zal kosten voordat deze techniek op grote schaal in fabrieken wordt toegepast biedt het fundamentele onderzoek een duidelijke richting. Door de uitsmijter-methode van de natuur beter te begrijpen kunnen chemici gerichter zoeken naar milieuvriendelijke alternatieven voor de huidige productieprocessen. Het onderzoek bewijst dat de natuur vaak al slimme oplossingen heeft klaarliggen voor de uitdagingen van een duurzamere industrie.
Bron: tudelft.nl
Onderzoek: Nature.com
Photo by RephiLe water on Unsplash
