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고분자 퍼즐에 대한 답은 연료, 화학 물질 및 재료에 대한 바이오매스의 보다 효율적인 활용의 열쇠입니다
미국 에너지부(DOE) 산하 국립 재생 에너지 연구소(NREL) 연구원들은 다학문적 접근 방식을 통해 고분자의 상대적 위치와 배열을 정량적으로 정의할 수 있었습니다. 사시 나무속 나무를 만들고 결과를 자세히 설명하는 컴퓨터 모델을 만듭니다.
저널에 게재된 이 고분자 퍼즐을 해결하기 위한 연구 z, 연료, 화학 물질 및 재료로 전환하기 위해 바이오매스를 효율적으로 분리하고 분해하는 열쇠를 쥐고 있을 수 있습니다. 과학자들은 견목의 2차 세포벽이 세 가지 주요 생체고분자(셀룰로오스, 헤미셀룰로오스, 리그닌)와 관련되어 있다는 사실을 오랫동안 알고 있었지만, 이들 고분자가 서로 어떻게 배열되어 있는지에 대한 상세하고 정량적인 이해는 여전히 어렵습니다.
NREL의 수석 핵자기공명(NMR) 분광학자이자 해당 저널 기사의 첫 번째 저자인 Bennett Addison은 철거된 집에 대한 비유를 사용했습니다. “잔해 더미는 여전히 목재, 콘크리트, 건식 벽체 및 유리로 구성되어 있지만, 확실히 더 이상 집이 아닙니다. 중요한 것은 개별 구성 요소가 서로 상대적으로 배열되는 방식입니다. 마찬가지로, 셀룰로오스, 헤미셀룰로오스, 리그닌을 그냥 쌓아서 식물의 2차 세포벽이라고 부를 수는 없습니다.”
연구진은 고체 핵자기공명(ssNMR) 기술 분야의 발전을 활용하여 세포벽의 구조적 구성, 분자간 상호작용, 목재 내 생체고분자의 상대적 위치에 대한 세부적인 정보를 추론했습니다.
그 논문은 “원자론적 거대분자 모델 사시 나무속 고체 NMR을 통해 정량적으로 정보를 얻는 2차 세포.” 공동 저자는 모두 NREL 소속 Lintao Bu, Vivek Bharadwaj, Meagan Crowley, Anne Harman-Ware, Mike Crowley, Yannick Bomble 및 Peter Ciesielski입니다.
이 연구는 두 개의 DOE 연구 센터, 즉 생물 및 환경 연구 프로그램의 바이오에너지 혁신 센터와 바이오에너지 기술 사무소의 공급원료-전환 인터페이스 컨소시엄의 자금 지원을 받았습니다.
ssNMR의 사용을 통해 연구자들은 세포벽의 컴퓨터 모델을 구축할 수 있었고 이는 리그닌의 역할에 대한 더 큰 통찰력을 제공했습니다. 바이오매스를 분해할 때 세포벽의 다루기 힘든 부분으로 간주되는 리그닌은 식물에 가소성을 부여하는 것으로 유명합니다.
NREL의 재생 가능 자원 및 과학 활성화 센터의 이번 연구 공동 교신 저자인 Ciesielski는 "결과를 계산적으로 접근 가능한 분자 모델로 표현하는 것은 개념적 설명보다 근본적으로 더 유용합니다."라고 말했습니다. “이를 통해 물리 기반 환경에서 각 구성 요소의 역할과 동작에 대한 가설을 신속하게 평가할 수 있으며 최신 고성능 컴퓨팅의 힘을 활용할 수 있습니다. 이는 보다 효율적인 분해 접근법을 설계하거나 더 나은 바이오 기반 재료를 생산하기 위한 분자 변형을 식별하는 데 도움이 될 것입니다.”
NREL 생명과학 센터의 이 연구의 또 다른 공동 교신 저자인 Bomble은 2차 세포벽의 구성에 대한 이전 연구는 전체적으로 불완전하거나 결론이 나지 않은 결과를 산출하는 기술에 의존했다고 말했습니다. 이러한 발견은 생체고분자 사이의 연결을 근사화한 그림을 만들어 냈습니다.
Bomble은 "이러한 수준의 세부 정보를 제공하는 정량적 기술을 사용하여 구조를 완전히 엿볼 수 있는 것은 이번이 처음입니다"라고 말했습니다. "그건 이전에 달성된 적이 없습니다."
전단지에 포함된 링크에 대해 더 알아보기 NREL의 바이오에너지 연구.
기사 제공 NREL.
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- 출처: https://cleantechnica.com/2024/01/05/nrel-researchers-produce-1st-macromolecular-model-of-plant-secondary-cell-wall/
