Химики впервые смогли придумать метод, в котором диоксид углерода (CO₂) в виде газа служит основным реагентом для получения полезного химического вещества. Таким образом ученые синтезировали метионин — аминокислоту, необходимую в больших количествах, в частности, для того, чтобы производить корма для животных. Авторы утверждают, что придуманный способ подходит для промышленного производства. Результаты изложены в журнале Nature Catalysis.

Сейчас метионин (C₅H₁₁NO₂S) получают в ходе шестиступенчатого процесса, в котором используют высокотоксичные вещества, такие как, например, цианистый водород (синильная кислота, HCN). Одним из промежуточных продуктов реакции в этом процессе служит метионал (C₄H₈OS), который также получается при разложении метионина бактериями.

«Исходя из идеи, что метионин в микроорганизмах превращается в метионал с выделением углекислого газа, мы попытались обратить процесс вспять, — поясняет ведущий автор работы Арне Скерра из Мюнхенского технического университета в Германии. — Любая химическая реакция потенциально обратима, хотя зачастую это требует огромных давлений и расходов энергии».

В рамках исследования химики определили подходящие параметры для запуска обратной реакции в промышленном масштабе и необходимые для этого катализаторы. Уже в предварительных экспериментах процент получаемого метионина оказался неожиданно велик даже при небольшом давлении всего в две атмосферы. В дальнейшем авторы сконцентрировались на катализаторах, которыми в данном случае служат органические соединения — белки.

После нескольких лет экспериментов на лабораторном оборудовании авторы смогли достичь соотношения в 40% между сырьем и продуктом реакции — метионином. Кроме этого они создали теорию, которая описывает этот биохимический процесс.

«По сравнению с фотосинтезом, в процессе которого природа также биокаталитически использует углекислый газ в качестве строительных блоков для органических молекул, наша реакция элегантна и проста, — добавляет Скерра. — Фотосинтез опирается на 14 энзимов и обладает выходом около 20%, а наш метод подразумевает использование всего двух энзимов».