מאת: יעל הלפמן כהן
"אם יש משהו בטבע שיודע לעשות קטליזה בצורה הטובה ביותר זה אנזים." אומרת נעה סופר-לוגסי, חוקרת במעבדה לאלקטרוכימיה ואנרגיה בטכניון.
אנזים הוא מולקולה ביולוגית (ברוב המקרים חלבון) שמזרזת תגובות כימיות בתאים של יצורים חיים. האנזים נקשר לחומר שעליו הוא פועל (סובסטרט), מוריד את אנרגיית השפעול שנדרשת לתגובה ומשחרר את התוצר.
מסתבר שבטבע, האתרים הפעילים של אנזימים בדרך כלל אינם שטוחים. המבנה שלהם יותר עקמומי או קעור בתלת ממד. בהמוגלובין למשל האתר הפעיל לקישור של חמצן המכיל אטום ברזל הוא עקמומי. מכיוון שיש קשר בסיסי בין מבנה לפונקציה, נעה וצוות המחקר במעבדה שיערו שהמבנה העקמומי בעל תפקיד בזירוז התגובה. במחקר ביקשו לבדוק אם ניתן לשחזר את המבנה גם במערכת אי-אורגנית במעבדה, ולקבל ביצועים דומים של זירוז כמו בטבע.
נעה התמקדה בזרזים מבוססי פחמן עם אתר קטליטי של ברזל, כלומר אתרים שמכילים אטום ברזל ומשמשים בזירוז תהליכי חמצון / חיזור אלקטרוכימיים.
במעבדה נבנו מודלים של זרזים אי אורגניים, גם בעלי אתרים שטוחים, וגם בעלי אתרים עקמומיים כמו בטבע, לשם השוואה. התוצאות הראו שיש הבדל במועד תחילת התגובה, כלומר בכמות האנרגיה שנדרשה לצורך שפעול התגובה. באתרים בעלי המבנה העקמומי נדרשה פחות אנרגיה.
אין עוד תשובה מדעית מוחלטת לקשר בין המבנה העקמומי לזירוז התגובה אך יש מספר השערות. יתכן ולמולקולה הנקשרת יש אפיניות (משיכה) גבוהה למבנה עקמומי, אולי בגלל הגישה הגיאומטרית הנוחה יותר. באופן כללי ידוע כי אתרים פחות יציבים הם אתרים יותר פעילים, ויתכן והמבנה העקמומי משפיע על יציבות האתר.
היישומים האפשריים הם בתחום הזרזים והקטליזה.
השראה זו מאפשרת תכנון אתרים קטליטיים סינתטיים שמחקים את הגאונות והיעילות הטבעית הזו. "דמיינו אנזים ש'יודע' בדיוק איך לפרק מולקולה – עכשיו אנחנו בונים משהו דומה!" אומרת נעה.
כבר כיום יש שימוש במתכות לזירוז תהליכים למשל בתאי דלק. משתמשים בעיקר בפלטינה שהיא זרז טוב, ויציב, שאינו עובר דגרגציה (התפרקות) אך מצד שני הוא גם נדיר בטבע ולכן יקר. הרעיון הוא להחליף את הפלטינה בחומרים נפוצים וזולים יותר, אך להנדס אותם למבנה ההופך אותם ליעילים ברמת יעילות המתקרבת אל הפלטינה. הרעיון הוא "לקחת השראה מאנזימים פשוטים ולבנות טכנולוגיה שתשנה את עולם האנרגיה", מסכמת נעה.
ידיעה זו נכתבה בעקבות ראיון עם נעה סופר-לוגסי.
קישור למעבדה בטכניון.
בתמונה: מבנה האתרים הקטליטים בזרזים אי אורגנים שהוכנו במעבדה – דיאגרמה
