Этот процесс называется азотфиксацией и происходит у микроорганизмов на корнях растений. Так природа сама производит удобрения для подкормки растений, которыми мы питаемся.Фермент, отвечающий за естественную азотфиксацию, называется нитрогеназой. Профессор химии Йельского университета Патрик Холланд и его команда разработали новое химическое соединение с ключевыми свойствами, которые помогают объяснить нитрогеназу.
Результаты описаны в онлайн-выпуске журнала Nature от 23 сентября.«Нитрогеназа реагирует с азотом в кластере атомов железа и серы, что странно, потому что другие соединения железа и серы обычно не реагируют с азотом ни в других ферментах, ни в тысячах известных соединений железа и серы, синтезированных химиками», — сказал Холланд.Помня об этом, Холланд и его команда разработали новое соединение с двумя отличительными свойствами, обнаруженными в нитрогеназе: большие экранирующие группы атомов, которые предотвращают нежелательные реакции, и слабую связь железо-сера, которая может легко разорваться при добавлении электронов.
Дизайн оказался успешным, потому что соединение связывает азот из атмосферы так же, как это делает нитрогеназа.Понимая, как природа фиксирует азот, Холланд и его коллеги надеются разработать синтетические катализаторы, которые превращают азот в аммиак, основное удобрение, производимое в естественной системе. «Натуральные системы намного безопаснее, чем нынешний промышленный процесс производства аммиака, в котором используются очень высокая температура и давление», — сказал Холланд.Упростив синтез аммиака, можно было бы производить удобрения прямо на фермах, снижая транспортные и производственные затраты. «Эта работа показывает, что тщательно разработанные химические соединения могут помочь нам выяснить, как природные системы используют обильное сырье, такое как азот, в нашей атмосфере», — сказал Холланд.Соавторами статьи являются Илия Корич, Брэндон Меркадо и Дэвид Виньярд из Йельского университета, а также Экхард Билл из Института химического преобразования энергии Макса Планка в Германии.
Национальные институты здоровья и Общество Макса Планка поддержали исследование.