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¿Mejores combustibles biológicos y Bioproducts de la fotosíntesis?

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Los científicos nacionales del laboratorio de la energía renovable (NREL) han descubierto que un camino metabólico previamente probablemente funcional solamente en organismos fotosintéticos es realmente un camino que puede permitir la conversión eficiente del dióxido de carbono a los compuestos orgánicos. El descubrimiento brilla la luz en la red metabólica para la utilización del carbón en cyanobacteria. También puede abrir la puerta en las maneras de producir los productos químicos de biomasa del dióxido o de la planta de carbono con excepción de derivarlos del petróleo.

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El descubrimiento, llevado por el científico mayor Jianping Yu y Wei Xiong, Postdoc Fellow de NREL de NREL de director, sigue el trabajo reciente que implica cyanobacteria, o algas azulverdes. Los científicos de NREL dirigieron un cyanobacterium, Synechocystis, que no puede almacenar el carbón como glicógeno en una tensión que podría metabolizar la xilosa (un componente principal del azúcar de la biomasa celulósica). Este dióxido dado vuelta de la xilosa y de carbono en el piruvato y 2 el oxoglutarate, productos químicos orgánicos que se pueden utilizar para producir una variedad de productos químicos y de combustibles biológicos bio-basados. Mientras que la prueba de esta tensión bajo crecimiento múltiple condiciona, los científicos descubrieron que excretó granes cantidades de ácido acético.

El ácido acético es un producto químico producido en los altos volúmenes para una variedad de propósitos. La industria química produce más de 12 millones de toneladas por año, sobre todo del metanol, que alternadamente se produce principalmente del gas natural. El potencial para producir el ácido acético de fotosíntesis podía reducir la confianza de la nación en el gas natural. Mientras que los usos potenciales son prometedores, intrigaron a los investigadores principalmente que no podrían explicar la producción de ácido acético de caminos sabidos. Sabían que una enzima llamada phosphoketolase podría estar implicada, pues había sido sugerido previamente para ser activo en cyanobacteria.

A partir de un phosphoketolase previamente estudiado, los investigadores podían identificar el gene slr0453 como la fuente probable del phosphoketolase en Synechocystis. El paso siguiente era inhabilitar el gene. ¿La incapacidad de él en las tensiones salvajes y del mutante de Synechocystis retardó el crecimiento en luz del sol? ¿es decir, condiciona al dependiente solamente en la asimilación del CO2 por fotosíntesis? demostrando que el gene desempeñó un papel en metabolismo fotosintético del carbón. Las tensiones con el gene lisiado no excretaron el ácido acético en la luz en presencia de la xilosa.

El remachador era que Synechocystis podía producir el ácido acético en la obscuridad cuando estaba alimentado con los azúcares. Las tensiones con el gene lisiado no podrían. Los investigadores encontraron que el camino del phosphoketolase era solamente responsable de producir el ácido acético en la obscuridad y también contribuido al metabolismo del carbón en la luz cuando la xilosa fue suministrada.

“Desde un punto de vista de la ciencia básica, éste es un camino importante que tiene una función potencialmente importante en la regulación de la conversión de energía fotosintética,” dice Yu. Xiong entonces cuantificó la contribución del camino nuevamente descubierto usando isótopos de carbono para seguir cómo el dióxido de la xilosa y de carbono fue convertido en otros productos químicos orgánicos. Los resultados demostraron que el camino del phosphoketolase llevó una proporción significativa de metabolismo central del carbón. “Resulta que el camino del phosphoketolase es un camino importante bajo nuestras condiciones experimentales,” dice Yu. “Y porque evita la pérdida del carbón asociada a caminos tradicionales, una gran variedad de bioproducts y los combustibles biológicos se pueden hacer más eficientemente usando este camino.”

Según Yu, dos aspectos de este descubrimiento son importantes. Uno es que el phosphoketolase es un camino metabólico nativo importante en el cyanobacterium cuyo papel no fue estudiado previamente. Es en segundo lugar que este camino es más eficiente que los caminos tradicionales, significándolo se pueden explotar para aumentar productividad fotosintética.