Ajankohtaista

Kuinka myrkky kesytetään: hiilidioksidi suojaa kasvien entsyymiä syanidilta

Syanoformiaatin rakenneKanadalais-suomalaisen yhteistyön tuloksena tutkijat ovat ensimmäistä kertaa onnistuneet valmistamaan syanoformiaattia. Tämä yksinkertainen anioni syntyy syanidin sitoutuessa hiilidioksidiin. Tutkimuksen tulokset voivat auttaa kehittämään hiilidioksidin talteenottoa eli kemiallisia tekniikoita, joiden avulla voidaan vähentää ilmakehään päätyvän hiilidioksidin määrää. Yksi maailman johtavista tiedelehdistä, Science, julkaisi tutkimuksen uusimmassa numerossaan 4.4.2014. Tutkimusprojektiin osallistuivat professori Jason A. C. Clyburnen (Saint Mary’s University, Halifax) sekä akatemiatutkija Heikki M. Tuonosen (Jyväskylän yliopisto) tutkimusryhmät.

Syanoformiaatin (NCCO2-) on oletettu olevan yksi hedelmien kypsymisprosessin sivutuotteista. Sitä ei kuitenkaan ole koskaan havaittu luonnossa, sillä syanoformiaatti hajoaa erittäin helposti syanidiksi (CN-) ja hiilidioksidiksi (CO2). Tämä on ensimmäinen kerta, kun syanoformiaatti on onnistuttu eristämään ja sen rakenne on saatu vahvistettua kokeellisilla ja teoreettisilla tutkimusmenetelmillä.

Kuva 1: Syaonoformiaatin molekyylirakenne ja varausjakauma.

Tutkimuksessa saadut tulokset viittaavat siihen, että syanoformiaatin pysyvyys riippuu sen kemiallisesta ympäristöstä. Entsyymin aktiivisessa keskuksessa syanoformiaatti on pysyvä, mikä estää sen sisältämää syanidia myrkyttämästä entsyymin rautakeskusta. Entsyymin ulkopuolella syanoformiaatti hajoaa kuitenkin syanidiksi ja hiilidioksidiksi. Solun toiminnan kannalta tämä ei ole vahingollista, sillä kasvisolut sisältävät entsyymejä, jotka pystyvät tehokkaasti tekemään vaarattomaksi solulimaan kertyvän syanidin. Syanoformiaatin sisältämä hiilidioksidi toimii siis eräänlaisena suojana, jonka avulla syanidi saadaan kuljetettua turvallisesti entsyymin ulkopuolelle.

Kuva 2: Jyväskylän yliopiston tutkimusryhmä: Akatemiatutkija, FT Heikki M. Tuononen ja FTJani Moilanen.

Syanoformiaatin eristäminen auttaa tutkijoita myös ymmärtämään sekä syanidin että hiilidioksidin kemiaa laajemmin. Näistä jälkimmäinen on erityisen tärkeässä asemassa pyrittäessä kehittämään hiilidioksidin talteenottoa.

- Syanoformiaatti on loistava esimerkki siitä, kuinka luonto ratkoo kemiallisia ongelmia. Mikä olisikaan parempi tapa kehittää hiilidioksidin talteenoton kemiaa, kuin ottaa mallia luonnosta, professori Clyburne kysyy.

- Yksi suurista haasteista toimivan hiilidioksidin talteenoton kehittämisessä on löytää materiaaleja, jotka sekä sitoutuvat hiilidioksidiin että myös vapauttavat sen tarvittaessa, projektissa maisteriopiskelijana työskennellyt Luke Murphy kertoo. Syanoformiaatti käyttäytyy juuri tällä tavalla, joten sen kemia toimii loistavana mallina kehitettäessä uusia ratkaisuja hiilidioksidin talteenottoon.

Clyburnen ja Tuonosen tutkimusprojektin tulokset osoittavat myös sen, kuinka näennäisesti yksinkertaisen kemian todentaminen on joskus äärimmäisen hankalaa.

- Tähän mennessä maailmassa on karakterisoitu miljoonia kemiallisia yhdisteitä, joista suurin osa on nyt valmistettua syanoformiaattia rakenteellisesti huomattavasti monimutkaisempia, akatemiatutkija Tuononen pohtii. On hämmentävää, että näin yksinkertainen anioni säilyi tuntemattomana näinkin kauan. Tämä herättää kysymyksen, mitä muita yksinkertaisia molekyylejä ja ioneja emme vielä ole onnistuneet löytämään.

Lisätietoja:

Heikki M. Tuononen, puh. +358-40-805-3713, heikki.m.tuononen@jyu.fi
Jason, A. C. Clyburne, puh. +1-902-420-5827, jason.clyburne@smu.ca

Luke J. Murphy, Katherine N. Robertson, Scott G. Harroun, Christa L. Brosseau, Ulrike Werner-Zwanziger, Jani Moilanen, Heikki M. Tuononen, and Jason A. C. Clyburne: A Simple Complex on the Verge of Breakdown: Isolation of the Elusive Cyanoformate Ion, Science 2014, 344, 7478. http://dx.doi.org/10.1126/science.1250808

Tutkimusta rahoittivat Suomessa Suomen Akatemia, Teknologiateollisuuden 100-vuotissäätiö ja Magnus Ehrnroothin säätiö, sekä Kanadassa Natural Sciences and Engineering Research Council of Canada, GreenCentre Canada, Encana Corporation (Deep Panuke Education & Training and Research & Development Fund) ja Springboard.

kuuluu seuraaviin kategorioihin: ,