2014-03-28
Autor: nTimes

Benzynę już wkrótce będą produkowały nam bakterie?

Gasoline-Petrol-Bacteria

Opisane niedawno w Nature eksperymenty mogą doprowadzić w niedługim czasie do wydajnego produkowania benzyny przez hordy zmodyfikowanych genetycznie bakteryjnych niewolników. Jak to możliwe?

Nasz gatunek może poszczycić się długą tradycją wykorzystywania organizmów żywych dla własnych potrzeb – od kukurydzy i tytoniu, przez konie i trzodę chlewną, aż po „zatrudniane” do polowań sokoły. Nie jesteśmy w tym oczywiście odosobnieni; cała biosfera to nic innego, jak gęsta sieć milionów gatunków, które od setek milionów lat zajmują się współpracą i konkurencją, oszustwami i podkradaniem pokarmu, subtelną symbiozą oraz brutalnym niewolnictwem. Za sprawą biotechnologii nasze możliwości osiągają jednak zupełnie nowy poziom. Omawiana publikacja z Nature przekonuje, że w naszym zasięgu jest nawet zmuszanie bakterii do produkcji benzyny.

Każda żywa komórka na tej planecie jest mikroskopijnym kombinatem chemicznym zdolnym do produkowania szerokiego wachlarza związków; nie jest jednak wszechmocna. Żeby zrozumieć niesamowitą pracę wykonaną przez autorów cytowanego artykułu, trzeba pamiętać o kilku podstawowych faktach.

Enzymy w działaniu

Po pierwsze, synteza chemiczna następuje krok po kroku, na drodze drobnych modyfikacji dostępnych komórce związków. Często polegają one po prostu na „doklejeniu” lub „odcięciu” określonej grupy atomów, np. grupy hydroksylowej (–OH), karbonylowej (>C=O) czy metylowej (–CH3). Dopiero po kilku, kilkunastu lub nawet kilkudziesięciu tego typu reakcjach powstaje „pożądany” związek chemiczny.

Po drugie, przemiany te dokonują się dzięki obecności enzymów – cząsteczek białka dokonujących ściśle określonej „operacji” na ściśle określonym związku chemicznym. Z perspektywy drobnego związku chemicznego enzym jest sporą, żelowatą kulką, której praca jest w zasadzie mechaniczna. W pewnym miejscu na jego powierzchni znajduje się „zatoczka” dopasowana kształtem oraz ładunkiem powierzchniowym do cząsteczki danego związku chemicznego. Gdy molekuła takiego związku trafia w odpowiednie miejsce („miejsce aktywne enzymu”), cząsteczka enzymu nieznacznie zmienia swój kształt, co powoduje najczęściej pojawienie niewielkiej zmiany w geometrii lub rozkładzie ładunku „operowanej” właśnie cząstki. Uprawdopodobnia to zajście reakcji danego typu. Samoczynne (czyli bez obecności enzymu) zajście tej reakcji nie jest zwykle niemożliwe, lecz tylko tak mało prawdopodobne, że organizm nie mógłby opierać na niej swojego metabolizmu. Ponadto, tempo zachodzenia każdej reakcji może być w prosty sposób kontrolowane przez komórkę poprzez zmianę stężenia odpowiedniego enzymu. Krótko mówiąc, komórki całkowicie „polegają” na enzymach. W praktyce oznacza to, że brak odpowiedniego enzymu oznacza niezachodzenie katalizowanej przez niego reakcji oraz odwrotnie – wprowadzenie go do komórki prowadzi do zachodzenia tejże reakcji.

Nazwy enzymów nawiązują często do wykonywanej przez nie „operacji” (np. metylotransferaza to enzym dokonujący „transferu” grupy metylowej; reduktaza dokonuje redukcji itd.) oraz do nazwy cząsteczki, na której „operacja” ta zachodzi – np. oksydaza glukozowa, czyli enzym dokonujący utlenienia (oksydacji) – glukozy. Konkretna „wersja” enzymu nosi też często kilkuliterową nazwę identyfikującą, która pochodzi od skrótowej nazwy genu kodującego sekwencję tegoż enzymu. Stąd pochodzą pełne, być może mało sympatycznie brzmiące nazwy, np. „dekarbonylaza aldehydowa CER1”, czyli enzym usuwający („de-”) grupę karbonylową (>C=O) z cząsteczek aldehydów, kodowany przez gen CER1.

Gasoline-Petrol-Octan-Molecule

Jak odróżnić mleko od paliwa

Ostatnia rzecz, o której warto wiedzieć, to niezwykłe podobieństwo – w skali atomowej – związków chemicznych tworzących na pozór kompletnie odmienne substancje. Benzyna, przykładowo, jest to mieszanina węglowodorów o krótkich łańcuchach, głównie liniowych alkanów, czyli bardzo prostych związków organicznych składających się z określonej liczby (n) ułożonych liniowo atomów węgla okolonych wianuszkiem atomów wodoru. Do alkanów należą propan (n=3) i butan (n=4) – gaz LPG to „liquid propane gas”, czyli „upłynniony propan” – a benzyna „wysokooktanowa” to taka zawierająca dużo oktanu (n=8). Zupełnie na pozór inna substancja – tłuszcz – składa się natomiast z kwasów tłuszczowych, różniących się od alkanów wyłącznie „końcówką” (co widać na ilustracji poniżej).

Gasoline-Lauric-Acid-Dodecane

Jednym z trudniejszych do „oswojenia” faktów chemii jest właśnie uderzające podobieństwo chemiczne związków, które w skali makroskopowej tworzą kompletnie odmienne substancje. Dodanie zaledwie dwóch atomów tlenu na „końcu” długiego wężyka zbudowanego z atomów węgla sprawia, że z rzadkiej, łatwopalnej, śmierdzącej cieczy, której właściwym miejscem jest zbiornik na paliwo samolotu naddźwiękowego, powstaje miły w smaku, oleisty związek występujący m. in. w orzechach kokosowych i stanowiący ok. 7% mleka karmiących matek. Ot, kolejna dziwna i fascynująca cecha naszego Kosmosu.

12

SKOMENTUJ

Zaloguj się i napisz komentarz.

Poznaj Chiny

Artykuły w Kategoriach:

Ziemia Nocą

Teleskop Hubble'a