Methanhanrophic細(xì)菌以其從環(huán)境中去除甲烷并將其轉(zhuǎn)化為可用燃料的能力而著稱，長期以來一直令研究人員著迷。但是，這些細(xì)菌如何自然地進(jìn)行如此復(fù)雜的反應(yīng)一直是個謎。

現(xiàn)在，西北大學(xué)的一個跨學(xué)科團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，負(fù)責(zé)甲烷 - 甲醇轉(zhuǎn)化的酶在僅含有一個銅離子的位點(diǎn)催化該反應(yīng)。

這一發(fā)現(xiàn)可能會導(dǎo)致新設(shè)計(jì)的人造催化劑能夠?qū)⒓淄?一種高效的溫室氣體)轉(zhuǎn)化為易于使用的甲醇，并具有相同的輕松機(jī)制。

“負(fù)責(zé)催化作用的金屬離子的特性和結(jié)構(gòu)幾十年來一直難以捉摸，”該研究的共同資深作者，西北大學(xué)的Amy C. Rosenzweig說。“我們的研究為理解甲烷與甲醇的轉(zhuǎn)化方式提供了重大飛躍。”

“通過確定所涉銅中心的類型，我們?yōu)榇_定大自然如何進(jìn)行其最具挑戰(zhàn)性的反應(yīng)奠定了基礎(chǔ)，”聯(lián)合資深作者Brian M. Hoffman說。

該研究將于5月10日星期五在“科學(xué)”雜志上發(fā)表。Rosenzweig是西北大學(xué)Weinberg藝術(shù)與科學(xué)學(xué)院Weinberg家族生命科學(xué)杰出教授。Hoffman是Weinberg的Charles E.和Emma H. Morrison化學(xué)教授。

通過氧化甲烷并將其轉(zhuǎn)化為甲醇，甲烷氧化菌(或“甲烷氧化菌”)可以包裝一到兩次沖擊。他們不僅從環(huán)境中去除了有害的溫室氣體，而且還為汽車，電力等提供了一種易于使用的可持續(xù)燃料。

目前用于催化甲烷 - 甲醇反應(yīng)的工業(yè)過程需要巨大的壓力和極端溫度，達(dá)到高于1300攝氏度。然而，甲烷氧化菌在室溫下“免費(fèi)”進(jìn)行反應(yīng)。

“雖然已知銅礦點(diǎn)催化人造材料中的甲烷轉(zhuǎn)化為甲醇，但在環(huán)境條件下在單一地點(diǎn)進(jìn)行甲烷 - 甲醇催化是前所未有的，”Matthew O. Ross說道，研究生共同建議Rosenzweig和Hoffman以及該論文的第一作者。“如果我們能夠在如此溫和的條件下完全了解它們?nèi)绾芜M(jìn)行這種轉(zhuǎn)化，我們就能優(yōu)化自己的催化劑。”

該研究“顆粒甲烷單加氧酶僅含有單核銅中心”得到了國立衛(wèi)生研究院(獎項(xiàng)編號GM118035，GM111097和5T32GM008382)和國家科學(xué)基金會(獎項(xiàng)編號1534743)的支持。