دانشمندان مجدداً فتوسنتز می کنند تا به آینده ما دامن بزنند

هیدروژن یک کالای اساسی با بیش از 60 میلیون تن است که سالانه در سطح جهان تولید می شود. با این حال بیش از 95 درصد آن با استفاده از بخار سوخت های فسیلی اصلاح می شود ، فرایندی که دارای انرژی است و دی اکسید کربن تولید می کند. اگر حتی می توانیم بخشی از آن را با بیوهیدروژن جلبک تولید کنیم که از طریق نور و آب ساخته می شود ، تأثیر قابل توجهی خواهد داشت.

این در واقع چیزی است که به تازگی در آزمایشگاه کوین ردینگ ، استاد دانشکده علوم مولکولی و مدیر مرکز بیوانرژی و فتوسنتز حاصل شده است. تحقیقات آنها با عنوان "فتوسنتز rewiring: a chimera Photosystem I- هیدروژناز که باعث ایجاد هیدروژن در داخل بدن می شود ، اخیراً در مجله تأثیر بالا انرژی و محیط زیست منتشر شد .

ردینگ توضیح داد: "آنچه ما انجام داده ایم این است که نشان دهیم که می توان الکترونهای پر انرژی را از فتوسنتز رهگیری کرد و از آنها برای رانندگی شیمی متناوب استفاده کرد ، در یک سلول زنده." ما در اینجا به عنوان نمونه از تولید هیدروژن استفاده کرده ایم. "

ایان گولد ، مدیر موقت دانشکده علوم مولکولی ، که بخشی از کالج هنرهای لیبرال و علوم است ، توضیح داد: "کوین ردینگ و گروهش دستاورد واقعی در مهندسی مجدد مجتمع Photosystem I داشته اند." "آنها فقط راهی برای تغییر مسیر یک ساختار پروتئین پیچیده ای که طبیعت برای یک هدف طراحی کرده بود ، برای انجام یک فرایند متفاوت ، اما به همان اندازه مهم ، پیدا نمی کردند ، بلکه آنها بهترین روش برای انجام آن در سطح مولکولی را پیدا کردند."

این دانش رایج است که گیاهان و جلبک ها و همچنین سیانوباکتری ها از فتوسنتز برای تولید اکسیژن و "سوخت ها" استفاده می کنند که دومی ماده اکسید شده مانند کربوهیدرات ها و هیدروژن هستند. دو مجتمع پروتئین رنگدانه وجود دارد که واکنشهای اصلی نور در فتوسنتز اکسیژن را ارکستر می کنند: فوتسیستم I (PSI) و Photosystem II (PSII).

جلبکها (در این کار جلبکهای تک سلولی Chlamydomonas reinhardtii یا به اختصار 'Chlamy') دارای آنزیمی به نام هیدروژناز هستند که از الکترونهایی که از پروتئین فریدوکسین دریافت می کنند ، استفاده می کند. مشکلی که وجود دارد این است که هیدروژناز جلبک به سرعت و غیرقابل برگشت با اکسیژن که به طور مداوم توسط PSII تولید می شود غیرفعال می شود.

در این مطالعه ، دانشجوی دکترا و نویسنده اول آندری کانیگین یک واسطه ژنتیکی PSI و هیدروژناز را ایجاد کرده است که در کنار هم جمع شده و در داخل بدن فعال هستند. این مونتاژ جدید الکترونها را به دور از تثبیت دی اکسید کربن به سمت تولید بیوهیدروژن هدایت می کند.

"ما فکر کردیم که برخی از رویکردهای متفاوت متفاوت باید مورد استفاده قرار گیرند. بنابراین ، ایده دیوانه ما مبنی بر وصل کردن آنزیم هیدروژناز به طور مستقیم به Photosystem I است تا بتواند بخش بزرگی از الکترون ها را از تقسیم آب (توسط Photosystem II) برای ساخت هیدروژن مولکولی منحرف کند. ، "توضیح داد که ردینگ.

سلولهای بیان کننده سیستم جدید فتوسنتز (PSI-هیدروژناز) هیدروژن را با سرعت بالایی به روشی وابسته به نور ، برای چند روز می سازند.

این نتیجه مهم همچنین در مقاله آتی در Chemistry World — یک مجله ماهانه خبری شیمی منتشر شده توسط انجمن سلطنتی شیمی. این مجله به تحولات کنونی جهان شیمی از جمله تحقیق ، اخبار بین المللی تجارت و ت دولت می پردازد زیرا این امر بر جامعه علمی شیمیایی تأثیر می گذارد.

بودجه NSF بودجه این تحقیق بخشی از بنیاد علمی دوقلوی ایالات متحده و اسرائیل (BSF) است. در این چارچوب ، یک دانشمند آمریکایی و دانشمند اسرائیلی برای ایجاد یک پروژه مشترک به نیروها می پیوندند. شریک آمریکایی کمک مالی برای پروژه مشترک را به NSF تسلیم می کند ، و شریک اسرائیلی همان کمک هزینه را به ISF (بنیاد علوم اسرائیل) ارسال می کند. هر دو آژانس باید برای تأمین بودجه BSF ، برای تأمین بودجه پروژه موافقت کنند. پروفسور Iftach Yacoby از دانشگاه تل آویو ، شریک ردینگ در پروژه BSF ، دانشمند جوانی است که اولین بار از حدود هشت سال پیش در TAU شروع به کار کرد و به روشهای مختلفی برای افزایش تولید بیوهیدروژن جلبک متمرکز شده است.

به طور خلاصه ، مهندسی مجدد فرایندهای اساسی میکروارگانیسم های فتوسنتزی یک بستر ارزان و تجدید پذیر را برای ایجاد کارخانه های زیستی قادر به رانندگی واکنش های الکترونیکی دشوار ، تنها با استفاده از خورشید و استفاده از آب به عنوان منبع الکترونیکی ارائه می دهد.