Gli scienziati sono più vicini a trovare modi per convertire l'anidride carbonica nell'atmosfera in sostanze chimiche utili a livello industriale grazie a uno studio RIKEN che ha esaminato come la natura converte l'anidride carbonica in composti organici più complessi, uno dei processi alla base dell'origine della vita.

Trovare un mezzo energeticamente efficiente per convertire l'anidride carbonica in composti utili è molto interessante per ridurre l'emissione di gas serra in modo economicamente sostenibile. In natura, l'anidride carbonica viene convertita in monossido di carbonio e quindi in composti organici più complessi attraverso reazioni che molto probabilmente sono legate all'origine della vita sulla Terra.

Queste reazioni possono seguire percorsi diversi, ma uno particolarmente efficiente impiega l'enzima monossido di carbonio deidrogenasi (CODH), che aiuta a ridurre i costi energetici associati alla prima fase della reazione:la riduzione dell'anidride carbonica in monossido di carbonio. Comprendere il meccanismo catalitico dell'enzima CODH potrebbe quindi aprire la strada ad applicazioni tecnologiche rispettose dell'ambiente e offrire importanti spunti sull'origine della vita sul nostro pianeta.

Ogni enzima ha un sito attivo specifico dove avvengono le reazioni rilevanti. Ora, Ryuhei Nakamura del RIKEN Center for Sustainable Resource Science (CSRS) e colleghi hanno proposto che un atomo specifico, nichel, è la chiave per il meccanismo di reazione che ha luogo nel sito attivo dell'enzima CODH.

"CODH è un enzima raro che utilizza un sito attivo di solfuro di ferro e nichel invece dei più comuni cluster di solfuro di ferro, " spiega Hideshi Ooka, coautore dell'articolo. "Mentre il nostro gruppo e altri hanno già riferito che l'aggiunta di nichel ai solfuri di ferro migliora l'efficienza per la riduzione dell'anidride carbonica, il motivo per cui il nichel è importante non era noto a causa della mancanza di studi spettroscopici in situ, "dice Ji-Eun Lee, anche di CSRS.

Il team ha utilizzato tre analoghi inorganici del sito attivo CODH:uno con ferro e zolfo e due con nichel, ferro e zolfo e ha seguito la riduzione dell'anidride carbonica sui tre analoghi utilizzando la spettroscopia a infrarossi mentre variava il potenziale elettrico applicato.

La riduzione dell'anidride carbonica si è verificata solo in presenza di nichel, che si lega al carbonio mentre il ferro si lega all'ossigeno. All'aumentare del potenziale, il cluster ferro zolfo e nichel ha catalizzato l'ulteriore riduzione del monossido di carbonio nel gruppo formile, che è stato poi convertito in metano ed etano.

Attraverso il loro lavoro, Nakamura e i suoi collaboratori hanno fornito una comprensione a livello molecolare dietro la riduzione dell'anidride carbonica potenziata dal nichel, offrendo importanti spunti per lo sviluppo di catalizzatori biomimetici.

"I nostri risultati mostrano anche che la riduzione dell'anidride carbonica è possibile sulla superficie dei minerali, suggerendo che i solfuri di nichel-ferro potrebbero aver contribuito alla fissazione prebiotica dell'anidride carbonica, "dice Nakamura.