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Jun 01, 2023

とても金属です：科学者は、ニッケルが古代の化学反応で重要な役割を果たしていると確認しました

SLACの科学者らは、ニッケル原子が完璧に配置された炭素金属化合物が、二酸化炭素を食料やエネルギーの成分に変換する上で重要な役割を果たしているということを示した。 キンバリー・ヒコック・カーボン著

SLACの科学者らは、ニッケル原子が完璧に配置された炭素金属化合物が、二酸化炭素を食料やエネルギーの成分に変換する上で重要な役割を果たしているということを示した。

キンバリー・ヒコック著

二酸化炭素 (CO2) は、気候変動を引き起こす最も豊富な温室効果ガスですが、人類が前例のないレベルで大気中に放出し始めるずっと前から地球上に存在していました。 そのため、地球の初期の生物の一部は、人間と地球に有害なこのガスを利用して利用するように進化しました。

これらのプロセスの 1 つは、Wood-Ljungdahl 経路と呼ばれ、酸素が存在しない場合にのみ発生し、自然界で最も効率的な炭素固定経路であると考えられています。 しかし、経路があるステップから次のステップへと正確にどのように進むのかは不明のままです。

今回、エネルギー省SLAC国立加速器研究所、ミシガン大学、ノースウェスタン大学、カーネギーメロン大学のスタンフォードシンクロトロン放射光源(SSRL)の科学者らは、これまで知られていなかったウッド-ユングダール経路の内部構造を発見した。 先月アメリカ化学会誌に掲載された彼らの研究結果は、地球上で最も古い化学反応の一つに光を当てただけでなく、気候変動緩和努力のための炭素回収技術の改善にもつながる可能性がある。

「この研究を行う前から、ウッド-ユングダール経路が生物が利用できる炭素を生成するには、まず二酸化炭素から始まることがわかっていました」とSSRLの研究員であり、この研究の共著者であるメイコン・アバナシー氏は述べた。 「その後、CO2を一酸化炭素とメチル基に変換し、ある種の化学魔法によってそれらを生物が使用できる炭素の形に統合します。」

科学者たちは長年にわたり、この経路は金属と炭素の結合を形成する一連のニッケルベースの有機金属中間体を介して機能すると仮定してきた。 具体的には、研究者らは、COデヒドロゲナーゼとアセチルCoAシンターゼ（CODH/ACS）と呼ばれる2つのニッケル・鉄・硫黄タンパク質の複合体に注目している。これらは、二酸化炭素を建築用のエネルギーと構造炭素に変換する触媒となる主要な酵素である。細胞壁とタンパク質。

しかし、酵素複合体は、これらのタンパク質とこの経路が出現した40億年前の初期地球のような、酸素の欠如した大気中で精製する必要があるため、この仮説を確認するのは難しいことが判明した。 さらに、中間化合物は不安定であることが多く、反応がすぐに不活性になる可能性があります。 さらに、CODH にニッケルや鉄の他の原子が存在すると、この研究の目標である ACS の研究が妨げられます。

これらの課題を回避するために、研究者らは、CODHを含まない、より活性の高いACS専用バージョンのタンパク質を開発し、SSRLでX線を使用してその金属とそれらが酵素内でどのように機能するかを理解した。 研究チームは、錯体（ここではACS）内の金属に吸収され、そこから放出され、その後反射する光の干渉を科学者が研究する技術であるX線分光法を適用し、反応が起こるにつれて変化する化学結合を特定した。 。

つまり、科学者たちは長年の仮説を確認したのです。

「私たちが発見したのは、酵素内の単一のニッケル部位がすべての興味深いことを行っている非常に複雑な有機金属化学が進行しているということです」とSSRLの上級研究員であり、この研究の責任著者であるリティムクタ・サランギ氏は述べた。

ミシガン大学教授で責任著者のスティーブ・ラグズデール氏によると、研究チームは、この酵素には鉄と硫黄のそれぞれ4つの原子に結合した2つのニッケルのクラスターがあるが、反応は常にクラスター内の特定の1つのニッケルで起こることがわかったという。研究について。 「一酸化炭素、メチル基、アセチル基などの炭素はすべて、鉄や硫黄に最も近いニッケルと結合しますが、他の金属とは結合しないことは明らかです。」