Les scientifiques sont plus près de trouver des moyens de convertir le dioxyde de carbone dans l'atmosphère en produits chimiques industriellement utiles grâce à une étude RIKEN qui a examiné comment la nature convertit le dioxyde de carbone en composés organiques plus complexes, l'un des processus à la base de l'origine de la vie.

Trouver un moyen énergétiquement efficace pour convertir le dioxyde de carbone gazeux en composés utiles est très intéressant pour réduire les émissions de gaz à effet de serre d'une manière économiquement viable. Dans la nature, Le dioxyde de carbone est converti en monoxyde de carbone puis en composés organiques plus complexes par des réactions très probablement liées à l'origine de la vie sur Terre.

Ces réactions peuvent suivre différentes voies, mais un particulièrement efficace utilise l'enzyme monoxyde de carbone déshydrogénase (CODH), ce qui permet de réduire les coûts énergétiques liés à la première étape de la réaction :la réduction du dioxyde de carbone en monoxyde de carbone. Comprendre le mécanisme catalytique de l'enzyme CODH pourrait ainsi ouvrir la voie à des applications technologiques respectueuses de l'environnement et offrir des informations importantes sur l'origine de la vie sur notre planète.

Chaque enzyme a un site actif spécifique où se produisent les réactions pertinentes. Maintenant, Ryuhei Nakamura du RIKEN Center for Sustainable Resource Science (CSRS) et ses collègues ont proposé qu'un atome spécifique, nickel, est la clé du mécanisme de réaction qui a lieu au site actif de l'enzyme CODH.

"CODH est une enzyme rare qui utilise un site actif de sulfure de fer nickel au lieu des clusters de sulfure de fer plus courants, " explique Hideshi Ooka, co-auteur de l'article. « Bien que notre groupe et d'autres aient déjà signalé que l'ajout de nickel dans les sulfures de fer améliore l'efficacité de la réduction du dioxyde de carbone, la raison pour laquelle le nickel est important n'était pas connue en raison du manque d'études spectroscopiques in situ, " dit Ji-Eun Lee, également du CSRS.

L'équipe a utilisé trois analogues inorganiques du site actif du CODH, l'un contenant du fer et du soufre et deux contenant du nickel, fer et soufre et suivi de la réduction du dioxyde de carbone sur les trois analogues en utilisant la spectroscopie infrarouge tout en faisant varier le potentiel électrique appliqué.

La réduction du dioxyde de carbone ne s'est produite qu'en présence de nickel, qui se lie au carbone tandis que le fer se lie à l'oxygène. Au fur et à mesure que le potentiel augmentait, le groupe de fer, de soufre et de nickel a catalysé la réduction supplémentaire du monoxyde de carbone en groupe formyle, qui a ensuite été converti en méthane et éthane.

Par leur travail, Nakamura et ses collègues ont fourni une compréhension au niveau moléculaire derrière la réduction du dioxyde de carbone améliorée par le nickel, offrant des informations importantes pour le développement de catalyseurs biomimétiques.

"Nos résultats montrent également que la réduction du dioxyde de carbone est possible à la surface des minéraux, suggérant que les sulfures de nickel-fer peuvent avoir contribué à la fixation prébiotique du dioxyde de carbone, " dit Nakamura.