Một nhóm các nhà khoa học ở Đại học Yale tiết lộ một phần mã hóa cho phép tự nhiên chuyển hóa nitơ trong không khí thành các hợp chất nitơ hữu dụng

Quá trình này được gọi là cố định đạm, xảy ra ở vi sinh vật trên các rễ cây. Đây là cách mà tự nhiên làm ra phân bón để nuôi cây trồng nuôi dưỡng chúng ta.

Enzyme chịu trách nhiệm cố định nitơ tự nhiên được gọi là nitrogenase. Giáo sư hóa học của ĐH Yale, Patrick Holland và nhóm của ông đã thiết kế một hợp chất hóa học mới có các tính chất chủ chốt giúp giải thích nitrogenase.

"Nitrogenase phản ứng với nitơ ở một cụm các nguyên tử sắt và lưu huỳnh, điều này thật lạ bởi vì các hợp chất sắt-lưu huỳnh khác thường không phản ứng với nitơ, trong các enzym khác hoặc trong hàng ngàn hợp chất sắt-lưu huỳnh được các nhà hóa học tổng hợp nên", Holland cho biết.

Với suy nghĩ đó, nhóm nghiên cứu đã thiết kế một hợp chất mới với hai thuộc tính khác nhau được thấy trong nitrogenase: nhóm các nguyên tử che chắn lớn ngăn ngừa các phản ứng không mong muốn, và một liên kết yếu giữa sắt-lưu huỳnh có thể bị phá vỡ dễ dàng bằng việc bổ sung electron. Các thiết kế đã chứng tỏ thành công bởi vì hợp chất liên kết nitơ từ không khí, giống như nitrogenase.

Với những hiểu biết về cách thức tự nhiên cố định đạm, Holland và các cộng sự hy vọng thiết kế các chất xúc tác tổng hợp, biến nitrogen thành amoniac, phân bón cơ bản được sản xuất trong hệ thống tự nhiên. "Các hệ thống tự nhiên thân thiện hơn nhiều so với quá trình công nghiệp hiện nay để sản xuất amoniac, trong đó sử dụng nhiệt độ và áp suất rất cao", Holland cho biết.

Nhờ việc tổng hợp amoniac dễ dàng hơn, chúng ta có thể làm phân bón ngay tại các trang trại, giảm chi phí vận chuyển và sản xuất. "Nghiên cứu này cho thấy rằng các hợp chất hóa học được thiết kế cẩn thận có thể giúp chúng ta tìm ra cách các hệ thống tự nhiên sử dụng các nguyên liệu dồi dào như nitơ trong khí quyển của chúng ta", Holland cho biết.

N.M.Q - NASATI, theo Nature.