ScienceDaily (22 апреля 2009) — Исследователи из Лос-Аламосской национальной лаборатории исследователи обнаружили потенциальную щель в щите волокон, которые делают оболочки клеток определенных несъедобных материалов растений очень жесткими. Понимание в конечном счете может привести к рентабельной и энергетически эффективной стратегии для превращения биомассы в альтернативное топливо.
В отдельных отчетах, изданных в Биофизическом Журнале и недавно в эссе Biomacromolecules, исследователи Лос-Аламоса солидаризируются в потенциальных слабостях среди листов молекул целлюлозы, включающих лигноцеллюлозную биомассу, несъедобный волокнистый материал, полученный из оболочек клеток растений. Материал - потенциально богатый сахаром, который может использоваться, чтобы производить партии метанола или бутанола, которые имеют потенциал как биотопливо.
Целлюлоза - синтезируется в клетках растений когда молекулы альфа -глюкозы, простого сахарного соединения в длинные цепи через процесс, названный полимеризацией. Растение собирает эти цепи целлюлозы в листы. Листы скрепляются водородными связями — электростатическое притяжение положительной части молекулы к отрицательной части той же самой или соседней молекулы. Наконец, листы складывают наверху друг друга, придерживаясь их непосредственно другими типами соблазнов, которые более слабы чем водородные связи. Растение прядет эти листы в волокна высокопрочного материала.
Мало того, что волокна невероятно сильны, но и они являются невероятно стойкими к действию ферментов, названных целлюлаза, которые могут расщепить волокна в сахарные компоненты. Способность экономно и легко расщеплять целлюлозу в сахар желательна, потому что сахар может использоваться, чтобы создать топливные альтернативы. Однако, из-за упорства волокон целлюлозы, Соединенные Штаты в настоящее время испытывают недостаток в энергетически эффективном и рентабельном методе того, для переработки несъедобной биомассы, типа соломы или шелухи зерна в биотопливо.
Работая с исследователями от американского Министерства сельского хозяйства и Центра исследования макромолекул растений во Франции, ученый Пол Ланган из Лос-Аламоса, исследовал с помощью нейтронного анализа прозрачную структуру очень прозрачной целлюлозы, очень как рентген используется, чтобы исследовать скрытые структуры тела. Ланган и его коллеги нашли, что, хотя целлюлоза вообще имеет х сеть водородных связей, скрепляющих ее, материал также показывает большое количества беспорядка, создавая различные типы водородных связях в разных поверхностях. Эти различия делают молекулу потенциально уязвимой для целлюлазы.
Кроме того, в Биофизическом Журнале этого месяца, исследователи Лос-Аламоса Тонгай Шен и Гнана Гнанакаран описывают новую модель на основе структуры кристаллической целлюлозы. Модель предсказывает, как водородные связи в целлюлозе могут переместиться, чтобы остаться устойчивыми под широким диапазоном температур. Эта пластичность позволяет материалу обменивать различные типы водородных связей но также и ограничивает молекулы так, чтобы они сформировали связи в более слабой конфигурации, описанной Ланганом и его коллегами. Самое важное, что модель Шена -Гнанакарана идентифицирует водородные связи, которыми можно управлять через температурные различия, чтобы потенциально сделать материал более восприимчивым, для расщепления ферментами, которые могут разрушить волокна до сахар для производства биологического топлива.
"Мы были в состоянии идентифицировать щель в броне очень жесткого и достойного противника — волокон целлюлозы,” сказал Гнанакаран, который ведет теоретическую часть большого, мультидисциплинарного проекта биотоплива в Лос-Аламосе.
"Эти результаты одни из первых, которые получены этой командой, и в конечном счете могут указать нам путь к экономичному процессу для того, чтобы получить биотопливо из целлюлозной биомассы,” добавляет Ланган, директор проекта Биотопливо.
Финансирование проекта ведет Лаборатория целенаправленного исследования и Развития (LDRD), которая является главным источником внутреннего финансирования научных исследований в Лос-Аламоской Национальная Лаборатория. Программа LDRD вкладывает капитал в рискованный, потенциально проекты высокой выплаты на усмотрение Лабораторного Директора. Стратегические инвестиции программы LDRD помогают положению Лос-Аламос ожидать и подготовиться к вызовам национальной безопасности появления.
|
