Натуральную мембрану адаптировали под производство водородного топлива
Специалисты Аргоннской национальной лаборатории Министерства энергетики США приспособили главное в растительной биологии направление химической реакции под формирование основы нового процесса производства водорода.
Методика преобразует воду в водородное топливо с помощью солнечной энергии, сообщает sciencedaily.com. Для полного расщепления жидкости специалисты АНЛ объединили два белковых комплекса, связанных с клеточной мембраной.
Результаты исследования представлены в Chemical Science. Оно основывается на предыдущей работе по изучению одного из использованных комплексов, фотосистемы I. Мембранный белок может использовать энергию света для превращения электронов в неорганические катализаторы, производящие водород. Эта реакция, однако, составляет только половину процесса, необходимого для синтеза вещества.
Вторым компонентом является фотосистема II. Белковый комплекс расщепляет воду с помощью световой энергии, извлекая из нее электроны. Химику АНЛ Лизе Утщиг и ее коллегам удалось заставить протеины работать в паре. Фотосистема II расщепляла воду, передавая электроны первому комплексу.
«Красота дизайна в его простоте. Катализатор можно заставить самостоятельно собираться на мембране для проведения любой нужной реакции», — сказала Утщиг.
В прошлом эксперименте исследователи обеспечивали фотосистему I электронами с помощью жертвенного донора.
«Сложность заключалась в том, как быстро доставить две частицы в катализатор друг за другом», — отметила Утщиг.
Белковые комплексы встроены в тилакоидные мембраны, вроде тех, которые присутствуют в вырабатывающих кислород хлоропластах высших растений.
«Структура, взятая у природы, необходима для объединения фотосистем, — объяснила Утщиг. – Она структурно поддерживает оба комплекса, создавая прямой путь передачи электронов между белками. При этом мембрана не мешает присоединению катализатора к фотосистеме I».
Одним из улучшений нового исследования стала замена реакционного материала. Вместо платины, использованной в прошлой работе, ученые взяли катализаторы на основе кобальта и никеля. На следующем этапе они планируют внедрить мембранную структуру в живую систему.
