Автор AZoNano 9 июня 2021 года

По всему миру в системе Земли есть тысячи терраграмм (Tg) (1 Tg = 10 12 г) минеральных наночастиц, путешествующих по планете каждый год .

Такие минеральные наночастицы повсеместно распространены в почвах, водах, океанах и атмосфере, внутри и / или на большинстве живых организмов и даже внутри белков, таких как ферритин. В естественной среде минеральные нанозимы могут образовываться двумя путями: процессами «сверху вниз» и «снизу вверх».

В частности, вызванное человеком разрушение или выветривание объемных материалов может напрямую привести к образованию наноматериалов (процесс сверху вниз), или наноматериалы могут развиваться из прекурсоров посредством кристаллизации, биологических ролей (процесс снизу вверх) или реакции .

Такие минеральные наночастицы могут обладать несколькими ферментативными свойствами, например супероксиддисмутазой, каталазой, пероксидазой и оксидазой, в зависимости от местного окружения. Железосодержащие минералы, например магнетит, гематит и ферригидрит, широко распространены в земных системах и обладают пероксидазоподобной активностью. Среди этих (оксигидро) оксидов железа ферригидрит проявлял наивысшую пероксидазоподобную активность, что можно объяснить его наибольшей удельной площадью поверхности и наименьшим размером частиц. Из-за присутствия двухвалентного железа магнетит обладает значительной пероксидазоподобной активностью.

По сравнению с природными ферментами, минеральные нанозимы обладают многими преимуществами, такими как повышенная стабильность, низкая стоимость, устойчивость к суровым условиям окружающей среды и устойчивая каталитическая активность. Благодаря большей удельной поверхности, широкой запрещенной зоне, мощной каталитической активности и высокому соотношению поверхностных атомов минеральные нанозимы играют решающую роль в биогеохимических циклах элементов в экосистемах.

Бактерии и грибы вносят около 120 Гт C в мировую биомассу и 70 Гт углерода (C) (1 Гт = 10 9 т), соответственно. Учитывая, что гифы грибов могут коллективно расширяться на сотни километров в почве кг ^-1 в таких средах, как ризосфера (то есть от 200 до 800 км кг ^-1 ), и это более 94% грибов и наземных растений образуют симбиотические отношения, минеральные нанозимы могут иметь серьезные последствия для связывания углерода в минералах, круговорота питательных веществ в системе поверхности Земли, совместной эволюции микробов и минералов и смягчения глобальных климатических изменений.

В земных системах микроорганизмы, которые функционально и таксономически разнообразны, считаются огромным источником перекиси водорода (H ₂ O ₂ ) или супероксида (O ₂ ] -). Такие минеральные нанозимы могут контролировать уровни активных форм кислорода (ROS), например, O ₂ -, H ₂ O ₂ и гидроксильных радикалов (HO ). Вырабатывая мощную окислительную H2O, взаимодействие между микроорганизмами и минеральными нанозимами может играть решающую роль в продвижении биогеохимического цикла элементов.

Все исследования минеральных нанозимов все еще находятся на лабораторной стадии и не являются полевыми .

Гуан-Хуэй Ю, ученый, Школа наук о Земле, Тяньцзиньский университет

« Каталитическая активность минеральных нанозимов в основном определяется кислородными вакансиями (OV) на поверхности минерала », – писали ученые в статье «Нанофазные частицы грибков катализируют превращение железа для снятия окислительного стресса. и добыча железа »

« Эти кислородные вакансии часто заняты гидроксильными группами на поверхности минерала », – пояснили исследователи.

Поскольку минеральные нанозимы способны катализировать H ₂ O ₂ для создания высокоокислительной H2O, они широко используются в области восстановления окружающей среды. По сравнению с природными ферментами, минеральные нанозимы могут разлагать органические загрязнители в более широком диапазоне pH. Например, разложив наночастицы H ₂ O ₂ Fe ₃ O ₄ ]можно эффективно устранить родамин B (RhB) в pH диапазон от 3,0 до 9,0.

« Влияние минеральных нанозимов на микробные сообщества в окружающей среде остается неясным – писали два исследователя, – находки минеральных нанозимов могли выявить ранее неизвестный путь обратной связи микробов. «совместная эволюция минералов, которая может пролить свет на ряд давних вопросов, таких как происхождение и эволюция жизни путем модуляции уровней АФК », – писали ученые

.

Точно так же два ученых подчеркнули в исследовании, что открытие наноматериалов в качестве новых имитаторов ферментов изменило традиционное представление о том, что наноматериалы химически инертны в земных системах. Исследование было опубликовано в журнале Science China: Earth Sciences.

Учитывая распространенность минеральных наночастиц на уровне терраграммы (Tg) в земных системах, статистически высока вероятность того, что некоторые из них, особенно биотического происхождения, действуют как минеральные нанозимы, катализируя H ₂ O ₂ и супероксид и поддерживают биогеохимические циклы кислорода и других элементов.

Исследование финансировалось Национальным фондом естественных наук Китая (грант № 41977271) и Национальной программой ключевых фундаментальных исследований Китая (грант № 2020YFC1806803).

Ссылка на журнал:

Chi, Z-L & Yu, G-H (2021) Элементарный биогеохимический цикл, опосредованный нанозимами, и влияние окружающей среды. Наука Китай Науки о Земле . doi.org/10.1007/s11430-020-9756-5.

Источник: https://publons.com/[19459008visible