Datblygiad pwysig wrth harneisio pŵer catalyddion biolegol

Cyn bo hir, gellir defnyddio pŵer byd natur i greu deunyddiau pob dydd fel paent, colur a chynhyrchion fferyllol mewn ffordd sydd lawer yn fwy eco-gyfeillgar. Mae hyn o ganlyniad i ddatblygiad pwysig newydd gan wyddonwyr ym Mhrifysgol Caerdydd.

Mae'r tîm rhyngwladol, dan arweiniad Sefydliad Catalysis Caerdydd, wedi datgloi galluoedd catalytig ensymau a gymerir o ffwng yn llwyddiannus, gan greu'r amodau perffaith sydd eu hangen er mwyn iddynt weithredu.

Gallai hyn arwain at ffyrdd mwy eco-gyfeillgar o greu toreth o gemegau diwydiannol mewn modd llawer yn fwy effeithlon, drwy gyfuno'r ensym gyda chatalydd heterogenaidd a chynhyrchu dŵr yn unig fel isgynnyrch yr adwaith.

Catalysis yw'r broses o gynyddu cyfradd adwaith cemegol drwy ychwanegu sylwedd o'r enw catalydd.

Caiff catalyddion eu defnyddio'n eang ym myd diwydiant i greu cynnyrch mewn modd llawer cyflymach a mwy effeithlon, a thybir bod y farchnad catalyddion fyd-eang yn werth dros $25 biliwn.

Eto i gyd, mae gwyddonwyr yn gyson yn chwilio am gatalyddion newydd posibl, ac yn aml yn troi at fyd natur am ysbrydoliaeth. Gwyddwn fod ensymau'n gatalydd ar gyfer sawl math o adwaith biocemegol sydd heb eu tebyg o ran cyflymu adweithiau cemegol dan amodau ysgafn, ac mae eu potensial wedi bod yn amlwg ers tro byd.

Yr hyn sydd o ddiddordeb arbennig i wyddonwyr yw ensymau o'r enw peroxygenases sy'n deillio o ffwng, ymhlith organebau eraill.

Er mwyn gweithredu'n effeithiol pan gânt eu defnyddio ym maes diwydiant, mae angen cyflenwad sefydlog o ocsidydd ar ensymau ac ar gyfer pereoxygenases. Daw hwn o hydrogen perocsid (H2O2) fel arfer.

Yn aml, catalydd cefnogol arall sy’n rhoi’r H2O2 ei hun ac mae dulliau presennol yn defnyddio systemau ensym ychwanegol, ond mae hynny’n creu cymysgeddau adwaith cymhleth fel arfer.

Dull newydd yw cyfuno hydrogen (H2) ac ocsigen (O2) yn uniongyrchol er mwyn cynhyrchu'r H2O2; fodd bynnag, mae'r catalyddion penodol a ddefnyddir ar gyfer y math hwn o adwaith yn gweithio dan amodau garw dros ben nad ydynt wrth fodd ensymau.

O ganlyniad, mae hynny wedi bod yn rhwystr o bwys i wyddonwyr sy'n ceisio cael y mwyaf o botensial catalytig ensymau, am eu bod wedi ei chael yn anodd datblygu catalyddion cefnogol sy’n gallu gweithredu mewn amgylchedd delfrydol ensymau, heb niweidio'r ensym ei hun.

Yn eu hastudiaeth newydd, sydd wedi'i chyhoeddi yn y cyfnodolyn Nature Connunications, mae'r tîm wedi datblygu catalydd a wnaed o aur a nanoronynnau paladiwm yn llwyddiannus, sy’n gallu cynhyrchu llif sefydlog o H2O2 ar gyfer yr ensym o dan amodau llawer mwy diniwed. Mae'r ensym yn defnyddio hwn yn yr un bibell adwaith i gynnal y trawsnewidiad cemegol, ac o ganlyniad dim ond dŵr yw is-gynnyrch y broses gatalytig gyfan ar y cyd.

Yn ôl prif awdur y papur, Dr Simon Freakley, cymrawd ymchwil ym Mhrifysgol Caerfaddon: "Mae ein catalydd yn gallu cynhyrchu'r union faint o H2O2 er mwyn i'r ensym lywio'r broses gyfan dan amodau ysgafn. Byddai'r trawsnewidiadau hynny'n gofyn am amodau dipyn yn fwy garw petai catalyddion heterogenaidd traddodiadol yn unig yn cael eu defnyddio.

"Rydym yn dangos bod yr ensym yn defnyddio H2O2 i ocsideiddio ystod o foleciwlau organig, gyda detholedd uchel.

"Dyma gam mawr ymlaen tuag at ddefnyddio pŵer ensymau i greu ystod o foleciwlau, o rai ar gyfer nwyddau i gemegau pur, mewn modd sydd llawer yn dwy eco-gyfeillgar ac effeithlon. Mae hyn yn dangos y posibilrwydd y gellir mewnosod biocatalyddion i'r isadeiledd cemegol presennol."