{"id":135455,"date":"2025-11-20T08:53:18","date_gmt":"2025-11-20T07:53:18","guid":{"rendered":"https:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/energiasalternativas\/?p=135455"},"modified":"2025-11-24T13:39:54","modified_gmt":"2025-11-24T12:39:54","slug":"enzimas-que-catalizan-la-produccion-de-amoniaco-a-partir-del-nitrogeno-atmosferico","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/energiasalternativas\/2025\/11\/20\/135455","title":{"rendered":"Enzimas que catalizan la producci\u00f3n de amoniaco a partir del nitr\u00f3geno atmosf\u00e9rico."},"content":{"rendered":"

La enzima nitrogenasa cataliza la reducci\u00f3n de nitr\u00f3geno a amoniaco en condiciones suaves de reacci\u00f3n, pudiendo utilizar directamente electricidad para este proceso de s\u00edntesis. <\/em><\/p>\n

Antonio L\u00f3pez de Lacey. Instituto de Cat\u00e1lisis y Petroleoqu\u00edmica. CSIC<\/p>\n

Una de las reacciones m\u00e1s importantes de la industria qu\u00edmica es la reducci\u00f3n de nitr\u00f3geno atmosf\u00e9rico a amoniaco. El amoniaco es un compuesto qu\u00edmico esencial para la elaboraci\u00f3n de productos de limpieza, como reactivo en la producci\u00f3n de f\u00e1rmacos y sobre todo para la fabricaci\u00f3n de fertilizantes agr\u00edcolas. Aproximadamente 185 millones de toneladas de amoniaco se producen anualmente en el mundo, principalmente por el proceso de Haber-Bosch. Este proceso desarrollado en el siglo XIX fue fundamental para el desarrollo de la revoluci\u00f3n industrial y tambi\u00e9n para la agr\u00edcola, ya que permiti\u00f3 la fabricaci\u00f3n masiva de fertilizantes que incrementaron exponencialmente la producci\u00f3n de alimentos, favoreciendo por tanto el incremento de la poblaci\u00f3n mundial.  El proceso de Haber-Bosch implica la reacci\u00f3n de los gases nitr\u00f3geno e hidr\u00f3geno a muy altas temperaturas y presiones para obtener como producto amoniaco. Por este motivo se trata de uno de los procesos qu\u00edmicos que m\u00e1s energ\u00eda demanda y principal causante de las emisiones de di\u00f3xido de carbono (CO2<\/sub>) de origen industrial, suponiendo alrededor del 3% de las emisiones totales de este gas de efecto invernadero. Por lo tanto, es fundamental desarrollar procesos qu\u00edmicos m\u00e1s sostenibles para la s\u00edntesis de amoniaco mediante la disminuci\u00f3n del consumo energ\u00e9tico empleado para la reacci\u00f3n [1].<\/p>\n

Una vez m\u00e1s, la naturaleza puede ser fuente de inspiraci\u00f3n para el desarrollo de alternativas m\u00e1s sostenibles para la producci\u00f3n de amoniaco. Hay microorganismos que son capaces de fijar el nitr\u00f3geno atmosf\u00e9rico para producir el amoniaco necesario para su metabolismo. Para este fin disponen de enzimas capaces de catalizar la reducci\u00f3n del triple enlace del nitr\u00f3geno molecular (N2<\/sub>) a amoniaco (NH3<\/sub>) [2]. Las nitrogenasas de MoFe son las m\u00e1s activas catal\u00edticamente y estudiadas. Est\u00e1n formadas por dos metaloprote\u00ednas: la prote\u00edna MoFe, donde el N2<\/sub> se une y se reduce a NH3<\/sub>, y la prote\u00edna Fe, que transfiere los electrones necesarios para la reacci\u00f3n catal\u00edtica formando complejos transitorios con la prote\u00edna MoFe. La barrera energ\u00e9tica de activaci\u00f3n para conseguir la reducci\u00f3n de nitr\u00f3geno a amon\u00edaco se supera a expensas de la hidr\u00f3lisis de 16 mol\u00e9culas de trifosfato de adenosina (ATP), un cofactor biol\u00f3gico que proporciona energ\u00eda para impulsar muchos procesos en las c\u00e9lulas vivas, por cada 2 mol\u00e9culas de NH3 <\/sub>producidas [3]. Son numerosos los estudios cient\u00edficos para estudiar la s\u00edntesis biol\u00f3gica de amoniaco utilizando electricidad para proporcionar los electrones necesarios para la reducci\u00f3n del nitr\u00f3geno a amoniaco, ya sea utilizando microorganismos fijadores de nitr\u00f3geno o directamente las nitrogenasas que contienen. En la mayor\u00eda de estos estudios se utilizan mediadores redox, es decir compuestos qu\u00edmicos que transportan los electrones desde el electrodo al enzima, para facilitar el proceso electro-enzim\u00e1tico.  Recientemente, Garc\u00eda-Molina y cols. del Instituto de Cat\u00e1lisis y Petroleoqu\u00edmica (CSIC) y del Centro de Biotecnolog\u00eda y Gen\u00f3mica de Plantas (UPM\/CSIC) han reportado un avance importante en la producci\u00f3n electro-enzim\u00e1tica de amoniaco al conseguir la transferencia directa de electrones a la enzima nitrogenasa mediante el atrapamiento conjunto de sus dos prote\u00ednas componentes en grafito poroso de baja densidad. Este material conductor tiene una estructura porosa formada por macroporos que permiten la r\u00e1pida de difusi\u00f3n de los reactivos a trav\u00e9s de \u00e9l, y de mesoporos de un di\u00e1metro entre 10 y 50 nm adecuado para atrapar ambas prote\u00ednas de la nitrogenasa en el electrodo, facilitando la transferencia directa de electrones para la reacci\u00f3n enzim\u00e1tica de producci\u00f3n de amoniaco [4].<\/p>\n

La producci\u00f3n de amoniaco por m\u00e9todos (foto)electrocatal\u00edticos es uno de los objetivos del proyecto FotoArt5.0-CM<\/strong> (TEC-2024\/TEC-308) del Programa de Actividades de I+D en Tecnolog\u00edas 2024 de la Comunidad de Madrid, en el cual participa el grupo FCA del Instituto de Cat\u00e1lisis y Petroleoqu\u00edmica del CSIC. El uso de nitrogenasas, o de compuestos biomim\u00e9ticos, como electrocatalizadores es de inter\u00e9s para conseguir este objetivo.<\/p>\n

Bibliograf\u00eda <\/strong><\/p>\n

    \n
  1. D. Milton, S. Cai, S. Abdellaoui, D. Leech, A. L. De Lacey, M. Pita, S. D. Minteer. Angew. Chem. Int. Ed. 56, 2680-2683, 2017.<\/li>\n
  2. Lopez-Torrejon,, F. Jim\u00e9nez-Vicente, J. M. Buesa, J. A. Hern\u00e1ndez, H. K. Verma, L. M. Rubio. Nat. Commun. 7, 11426, 2016.<\/li>\n
  3. Einsle. Current Op. Struct. Biol. 83, 102718, 2023.<\/li>\n
  4. Garc\u00eda-Molina, C. Echavarri-Erasun, M. del Barrio, S. Gonz\u00e1lez-Garc\u00eda, L. M. Rubio, M. Pita, Al. De Lacey. Electrochim. Acta 529, 146342, 2025.<\/li>\n<\/ol>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

    La enzima nitrogenasa cataliza la reducci\u00f3n de nitr\u00f3geno a amoniaco en condiciones suaves de reacci\u00f3n, pudiendo utilizar directamente electricidad para este proceso de s\u00edntesis. Antonio L\u00f3pez de Lacey. Instituto de Cat\u00e1lisis y Petroleoqu\u00edmica. CSIC Una de las reacciones m\u00e1s importantes de la industria qu\u00edmica es la reducci\u00f3n de nitr\u00f3geno atmosf\u00e9rico a amoniaco. El amoniaco es un compuesto qu\u00edmico esencial para la elaboraci\u00f3n de productos de limpieza, como reactivo en la producci\u00f3n de f\u00e1rmacos y sobre todo para la fabricaci\u00f3n de fertilizantes agr\u00edcolas. Aproximadamente 185 millones de toneladas de amoniaco se producen anualmente en el mundo, principalmente por el proceso de\u2026<\/p>\n","protected":false},"author":29,"featured_media":135456,"comment_status":"open","ping_status":"open","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"ngg_post_thumbnail":0},"categories":[545],"tags":[],"blocksy_meta":{"styles_descriptor":{"styles":{"desktop":"","tablet":"","mobile":""},"google_fonts":[],"version":4}},"aioseo_notices":[],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/energiasalternativas\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/135455"}],"collection":[{"href":"https:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/energiasalternativas\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/energiasalternativas\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/energiasalternativas\/wp-json\/wp\/v2\/users\/29"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/energiasalternativas\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=135455"}],"version-history":[{"count":3,"href":"https:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/energiasalternativas\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/135455\/revisions"}],"predecessor-version":[{"id":135461,"href":"https:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/energiasalternativas\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/135455\/revisions\/135461"}],"wp:featuredmedia":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/energiasalternativas\/wp-json\/wp\/v2\/media\/135456"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/energiasalternativas\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=135455"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/energiasalternativas\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=135455"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/energiasalternativas\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=135455"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}