Получение водорода с помощью фотосинтеза

Водород является важнейшим продуктом, который производится во всем мире ежегодно в объеме более 60 миллионов тонн.

Однако более 95 % его производства приходится на паровое преобразование ископаемого топлива - энергоемкий процесс, в результате которого образуется двуокись углерода. Если бы мы могли заменить хотя бы часть этого процесса биогидрогенными водорослями, которые производятся с помощью света и воды, это оказало бы значительное воздействие.

Ученые перепрограммируют фотосинтез, чтобы обеспечить наше будущее

По сути, это то, что только что было достигнуто в лаборатории Кевина Реддинга, профессора Школы молекулярных наук и директора Центра биоэнергетики и фотосинтеза. Их исследование под названием "Photosystem I -hydrogenase chimera that makes hydrogen in vivo" совсем недавно было опубликовано в журнале "Energy and Environmental Science" (Наука об энергетике и окружающей среде).

Подписывайтесь на наш youtube канал!

"То, что мы сделали, это показали, что можно перехватывать высокоэнергетические электроны из фотосинтеза и использовать их для управления альтернативной химией, в живой клетке", - объяснил Реддинг. "Мы использовали производство водорода здесь в качестве примера."

Кевин Реддинг и его группа совершили настоящий прорыв в реинжиниринге комплекса "Фотосистема I", - объяснил Иэн Гулд, исполняющий обязанности директора Школы молекулярных наук, которая входит в состав Колледжа либеральных искусств и наук. "Они не просто нашли способ перенаправить сложную белковую структуру, которую природа сконструировала для одной цели, чтобы выполнить другой, но и в равной степени критический процесс, но они нашли лучший способ сделать это на молекулярном уровне".

Общеизвестно, что растения и водоросли, а также цианобактерии используют фотосинтез для производства кислорода и "топлива", причем последние являются окисляемыми веществами, такими как углеводы и водород. Существует два пигментно-белковых комплекса, которые организуют первичные реакции света при фотосинтезе кислорода: Фотосистема I (PSI) и Фотосистема II (PSII).

Водоросли (в этой работе одноклеточные зеленые водоросли Chlamydomonas reinhardtii, или "Chlamy" для краткости) обладают ферментом, называемым гидрогеназа, который использует электроны, которые он получает из белка ferredoxin, который обычно используется для переправы электронов из PSI в различные пункты назначения. Проблема заключается в том, что водорослевая гидрогеназа быстро и необратимо деактивируется кислородом, который постоянно вырабатывается PSII.

В этом исследовании докторант и первый автор Андрей Каныгин создал генетическую химеру PSI и гидрогеназу таким образом, что они сосуществуют и активны. Эта новая сборка перенаправляет электроны от фиксации углекислого газа к производству биогидрогена.

"Мы думали, что необходимо принять некоторые радикально иные подходы - таким образом, наша сумасшедшая идея подключить фермент гидрогеназы непосредственно к Фотосистеме I, чтобы отвлечь большую часть электронов от расщепления воды (по Фотосистеме II) для получения молекулярного водорода", - объяснил Реддинг.

Клетки, производящие новую фотосистему (PSI-гидрогеназа), в течение нескольких дней производят водород с высокой скоростью в легкой зависимости от света".

Таким образом, реинжиниринг фундаментальных процессов фотосинтетических микроорганизмов предлагает дешевую и возобновляемую платформу для создания биофабрик, способных управлять сложными электронными реакциями, питающихся только от Солнца и использующих воду в качестве источника электронов организмами. опубликовано econet.ru по материалам sciencenews.org

Подписывайтесь на наш канал Яндекс Дзен!

P.S. И помните, всего лишь изменяя свое потребление - мы вместе изменяем мир! © econet