Το άζωτο αποτελεί ένα από τα πιο άφθονα στοιχεία στην ατμόσφαιρα της Γης, όμως οι περισσότεροι οργανισμοί δεν μπορούν να το χρησιμοποιήσουν άμεσα. Μόνο ορισμένα μικρόβια διαθέτουν ένζυμα που ονομάζονται νιτρογενάσες και μπορούν να διασπάσουν το μόριο του αζώτου, μετατρέποντάς το σε αμμωνία.
Υπάρχουν τρεις βασικές κατηγορίες νιτρογενάσης, οι οποίες διαφέρουν ανάλογα με τα μέταλλα που περιέχουν. Οι νιτρογενάσες με μολυβδαίνιο θεωρούνται οι πιο αποτελεσματικές, όμως ο λόγος αυτής της υπεροχής παρέμενε μέχρι σήμερα ένα σημαντικό επιστημονικό ερώτημα.
Νέες μελέτες από ερευνητές του MIT έδειξαν ότι το μολυβδαίνιο δε συνδέεται άμεσα με το άζωτο, αλλά βοηθά τα γειτονικά άτομα σιδήρου να δεσμεύουν ισχυρότερα το μόριο του αζώτου. Αυτό το αρχικό στάδιο είναι κρίσιμο, καθώς αποτελεί το δυσκολότερο βήμα στη διαδικασία διάσπασης του ισχυρού τριπλού δεσμού του αζώτου.
Το μολυβδαίνιο ενισχύει τη δράση του σιδήρου
Οι ερευνητές δημιούργησαν απλούστερα μοντέλα συμπλεγμάτων σιδήρου και θείου, τα οποία μιμούνται τις φυσικές δομές των ενεργών κέντρων των νιτρογενασών. Στη συνέχεια τροποποίησαν τα μοντέλα προσθέτοντας διαφορετικά μέταλλα, ώστε να μελετήσουν την επίδρασή τους.
Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι μόνο μεγαλύτερα άτομα μετάλλων, όπως το μολυβδαίνιο και το βολφράμιο, επέτρεπαν στον σίδηρο να δεσμεύει αποτελεσματικά το άζωτο. Αντίθετα, μικρότερα μέταλλα όπως το βανάδιο, το χρώμιο ή ο ίδιος ο σίδηρος δεν παρουσίαζαν την ίδια ικανότητα.
«Η μελέτη ουσιαστικά αναπαράγει αυτό που παρατηρούμε στη βιολογία, ότι τα συμπλέγματα σιδήρου-θείου με μολυβδαίνιο φαίνεται να είναι καλύτερα στη δέσμευση του αζώτου», ανέφερε ο Daniel Suess από το MIT.
Η συνεργασία μετάλλων ανοίγει νέες δυνατότητες
Η δεύτερη μελέτη αποκάλυψε τον μηχανισμό πίσω από αυτή τη συμπεριφορά. Οι επιστήμονες διαπίστωσαν ότι το μολυβδαίνιο επιτρέπει στον σίδηρο να μεταφέρει ευκολότερα ηλεκτρόνια σε μόρια που μοιάζουν με το άζωτο, μέσω μιας διαδικασίας που ονομάζεται οπισθοδότηση ηλεκτρονίων.
Η παρουσία του μολυβδαινίου αλλάζει τις ηλεκτρονικές ιδιότητες του σιδήρου, δημιουργώντας μια συνεργασία μεταξύ των δύο μετάλλων. «Χωρίς αυτές τις άμεσες αλληλεπιδράσεις μετάλλου-μετάλλου, ο σίδηρος πρέπει να κάνει όλη τη δουλειά μόνος του», εξήγησε ο Suess.
Τα ευρήματα μπορούν να βοηθήσουν στην ανάπτυξη τεχνητών ενζύμων και νέων καταλυτών που θα μετατρέπουν το άζωτο σε αμμωνία με μικρότερη ενεργειακή κατανάλωση από τη σημερινή βιομηχανική μέθοδο Haber-Bosch. Παράλληλα, ανοίγουν δρόμους για πιο βιώσιμες γεωργικές εφαρμογές, μειώνοντας ενδεχομένως την ανάγκη για λιπάσματα.
