Mes traductions sur le thème des énergies
sont rares ; eet celle-ci m’
a semblé intéressante :
« « Une nouvelle enzyme
artificielle décompose la lignine dure et ligneuse : une étude promet de
développer une nouvelle source d'énergie renouvelable » »
par le laboratoire national du
nord-ouest du Pacifique
PHOTO /La lignine ligneuse, vue ici
sous forme purifiée, est très prometteuse en tant que biocarburant
renouvelable, si elle peut être efficacement décomposée en une forme utile.
Crédit : Andrea Starr | Laboratoire national du nord-ouest du Pacifique
Une nouvelle enzyme artificielle a
montré qu'elle peut mâcher la lignine, le polymère résistant qui aide les
plantes ligneuses à conserver leur forme. La lignine stocke également un énorme
potentiel d'énergie et de matériaux renouvelables.
Reportage dans la revue Nature
Communications, une équipe de chercheurs de l'Université de l'État de
Washington et du Pacific Northwest National Laboratory du Département de
l'énergie a montré que leur enzyme artificielle a réussi à digérer la lignine,
qui a obstinément résisté aux tentatives précédentes de la développer en une
source d'énergie économiquement utile.
La lignine, qui est la deuxième
source de carbone renouvelable la plus abondante sur Terre, est principalement
gaspillée en tant que source de carburant. Lorsque le bois est brûlé pour la
cuisson, les sous-produits de la lignine contribuent à donner cette saveur
fumée aux aliments. Mais la combustion libère tout ce carbone dans l'atmosphère
au lieu de le capturer pour d'autres usages.
"Notre enzyme bio-imitatrice
s'est révélée prometteuse pour dégrader la vraie lignine, ce qui est considéré
comme une percée", a déclaré Xiao Zhang, auteur correspondant de l'article
et professeur associé à la WSU's Gene and Linda Voiland School of Chemical
Engineering and Bioengineering. Zhang détient également une nomination
conjointe au PNNL. "Nous pensons qu'il existe une opportunité de
développer une nouvelle classe de catalyseurs et de vraiment aborder les
limites des catalyseurs biologiques et chimiques."
La lignine est présente dans toutes
les plantes vasculaires, où elle forme les parois cellulaires et donne de la
rigidité aux plantes. La lignine permet aux arbres de se tenir debout, donne
aux légumes leur fermeté et représente environ 20 à 35 % du poids du bois.
Parce que la lignine jaunit lorsqu'elle est exposée à l'air, l'industrie des
produits du bois l'élimine dans le cadre du processus de fabrication du papier
fin. Une fois retiré, il est souvent brûlé de manière inefficace pour produire
du carburant et de l'électricité.
Les chimistes ont essayé et échoué
pendant plus d'un siècle pour fabriquer des produits de valeur à partir de la
lignine. Ce bilan de frustration est peut-être sur le point de changer.
"Il s'agit de la première enzyme
mimétique de la nature dont nous savons qu'elle peut digérer efficacement la
lignine pour produire des composés pouvant être utilisés comme biocarburants et
pour la production chimique", a ajouté Chun-Long Chen, un auteur
correspondant, chercheur au Pacific Northwest National Laboratory et affilié.
professeur de génie chimique et de chimie à l'Université de Washington.
Dans la nature, les champignons et
les bactéries sont capables de décomposer la lignine avec leurs enzymes, c'est
ainsi qu'une bûche couverte de champignons se décompose dans la forêt. Les
enzymes offrent un processus beaucoup plus respectueux de l'environnement que
la dégradation chimique, qui nécessite une chaleur élevée et consomme plus
d'énergie qu'elle n'en produit.
Or, les enzymes naturelles se
dégradent avec le temps, ce qui les rend difficilement utilisables dans un
procédé industriel. Elles sont cheres
aussi.
"Il est vraiment difficile de produire
ces enzymes à partir de micro-organismes en quantité significative pour une
utilisation pratique", a déclaré Zhang. "Ensuite, une fois que vous
les avez isolées, elles sont très fragiles et instables. Mais ces enzymes
offrent une excellente occasion d'inspirer des modèles qui copient leur
conception de base."
Alors que les chercheurs n'ont pas
été en mesure d'exploiter les enzymes naturelles pour travailler pour eux, ils
ont au fil des décennies beaucoup appris sur leur fonctionnement. Un récent article
de synthèse rédigé par l'équipe de recherche de Zhang décrit les défis et les
obstacles à l'application d'enzymes dégradant la lignine. "La
compréhension de ces barrières fournit de nouvelles informations sur la
conception d'enzymes biomimétiques", a ajouté Zhang.
L'échafaudage peptoïde est la clé
Dans la présente étude, les
chercheurs ont remplacé les peptides qui entourent le site actif des enzymes
naturelles par des molécules ressemblant à des protéines appelées peptoides.
Ces peptoïdes se sont ensuite auto-assemblés en tubes et feuilles cristallins à
l'échelle nanométrique. Les peptoïdes ont été développés pour la première fois
dans les années 1990 pour imiter la fonction des protéines. Ils présentent
plusieurs caractéristiques uniques, notamment une grande stabilité, qui permet
aux scientifiques de remédier aux déficiences des enzymes naturelles. Dans ce
cas, ils offrent une forte densité de sites actifs, impossible à obtenir avec
une enzyme naturelle.
"Nous pouvons organiser avec
précision ces sites actifs et ajuster leurs environnements locaux pour
l'activité catalytique", a déclaré Chen, "et nous avons une densité
beaucoup plus élevée de sites actifs, au lieu d'un seul site actif."
Comme prévu, ces enzymes
artificielles sont également beaucoup plus stables et robustes que les versions
naturelles, de sorte qu'elles peuvent fonctionner à des températures allant
jusqu'à 60 degrés Celsius, une température qui détruirait une enzyme naturelle.
"Ce travail ouvre vraiment de
nouvelles opportunités", a déclaré Chen. "Il s'agit d'un pas en avant
significatif dans la capacité de convertir la lignine en produits de valeur en
utilisant une approche respectueuse de l'environnement."
Si la nouvelle enzyme bio-mimétique
peut être encore améliorée pour augmenter le rendement de conversion, pour
générer des produits plus sélectifs, elle a un potentiel de passage à l'échelle
industrielle. La technologie offre de nouvelles voies vers des matériaux
renouvelables pour les biocarburants d'aviation et les matériaux biosourcés,
entre autres applications.
La collaboration de recherche a été
facilitée par le WSU-PNNL Bioproducts Institute. Tengyue Jian, Wenchao Yang,
Peng Mu, Xin Zhang du PNNL et Yicheng Zhou et Peipei Wang du WSU ont également
contribué à la recherche.
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Researchers
isolate new types of microorganisms that cleave ether bonds in lignin-based
compound
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information: Highly stable and tunable peptoid/hemin enzymatic mimetics with
natural peroxidase-like activities, Nature Communications (2022). DOI: 10.1038/s41467-022-30285-9
Journal information: Nature
Communications
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Pacific Northwest National LaboratoryXXXXXXXXXXXXXXXMON COMMENTAIRE
Dans la mesure
ou une catastrophe climatique
future nous pend au nez je ne vois pas cette lignine
‘’démembrée’’ etre utle
si tous les moteurs thermiques a combustibles sont remplacés par des
moteurs électriques dans 30 ans !!!…..En revanche il sera toujours
nécessaire de remplacer la chimie su pétrole tournée vers les plastiques etc par autre chose de naturel et
reproductible ….
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