Технології

Отримання водню за допомогою фотосинтезу

Водень є найважливішим продуктом, який виробляється в усьому світі щорічно в обсязі понад 60 мільйонів тонн.

Однак, більше 95 % його виробництва припадає на парове перетворення викопного палива — енергоємний процес, в результаті якого утворюється двоокис вуглецю. Якби ми могли замінити хоча б частину цього процесу біогідрогенними водоростями, які виробляються за допомогою світла та води, це мало б значний вплив.

Вчені перепрограмують фотосинтез, щоб забезпечити наше майбутнє

По суті, це те, що тільки що було досягнуто в лабораторії Кевіна Реддінга, професора Школи молекулярних наук та директора Центру біоенергетики і фотосинтезу. Їх дослідження під назвою «Photosystem I -hydrogenase chimera that makes hydrogen in vivo» зовсім нещодавно було опубліковано в журналі «Energy and Environmental Science» (Наука про енергетику та навколишнє середовище).

«Те, що ми зробили, це показали, що можна перехоплювати високоенергетичні електрони з фотосинтезу і використовувати їх для управління альтернативною хімією, у живій клітині», — пояснив Реддінг. «Ми використовували виробництво водню тут в якості прикладу.»

Кевін Реддінг і його група здійснили справжній прорив в реінжинірингу комплексу «Фотосистема I», — пояснив Ян Гулд, виконуючий обов’язки директора Школи молекулярних наук, яка входить до складу Коледжу ліберальних мистецтв і наук.

«Вони не просто знайшли спосіб передати складну білкову структуру, яку природа сконструювала для однієї мети, щоб виконати іншу, але і в рівній мірі критичний процес, але вони знайшли кращий спосіб зробити це на молекулярному рівні».

Загальновідомо, що рослини й водорості, а також ціанобактерії використовують фотосинтез для виробництва кисню та «палива», причому останні є окислювальними речовинами, такими як вуглеводи і водень. Існує два пігментно-білкових комплексу, які організовують первинні реакції світла при фотосинтезі кисню: Фотосистема I (PSI) і Фотосистема II (PSII).

Водорості (у цій роботі одноклітинні зелені водорості Chlamydomonas reinhardtii, або «Chlamy» для стислості) мають фермент, званий гідрогеназа, який використовує електрони, які він отримує з білка ferredoxin, що зазвичай використовується для переправи електронів з PSI в різні пункти призначення. Проблема полягає в тому, що водоростева гідрогеназа швидко і необоротно дезактивується киснем, який постійно виробляється PSII.

У цьому дослідженні докторант і перший автор Андрій Канігін створив генетичну химеру PSI і гідрогеназу таким чином, що вони співіснують і активні. Ця нова збірка перенаправляє електрони від фіксації вуглекислого газу до виробництва біогідрогена.

«Ми думали, що необхідно здійснити радикально інші підходи — таким чином, наша божевільна ідея підключити фермент гідрогенази безпосередньо до Фотосистеми I, щоб відвернути більшу частину електронів від розщеплення води (по Фотосистемі II) для отримання молекулярного водню», — пояснив Реддінг. Клітини, що виробляють нову фотосистему (PSI-гідрогеназа), протягом декількох днів виробляють водень з високою швидкістю в легкій залежності від світла».

Таким чином, реінжиніринг фундаментальних процесів фотосинтетичних мікроорганізмів пропонує дешеву і поновлювану платформу для створення біофабрик, здатних управляти складними електронними реакціями, що живляться тільки від Сонця та використовують воду як джерело електронів організмами.

Натхнення: econet.ru

Кнопка «Наверх»
Закрыть