Нанотехнологическое сообщество Нанометр, все о нанотехнологиях
на первую страницу Новости Публикации Библиотека Галерея Сообщество Объявления Олимпиада ABC О проекте
 
  регистрация
помощь
 

Рисунок 1. Домик Physalaemus pustulosus.

Рисунок 2. Вот так выглядит пена из белка Rsn-2. Визуализация при помощи квантовых точек.

Рисунок 3. Схема, иллюстрирующая синтез АТФ (слева): бактериородопсин под действием света перекачивает протоны внутрь везикулы, благодаря чему АТФ-синтаза синтезирует молекулы АТФ. Эти молекулы затем используются в цикле Кальвина в качестве источника энергии для фиксации атмосферного углекислого газа и синтеза глицеральдегид-3-фосфата (справа).

Рисунок 4. Сравнительная эффективность синтеза глицеральдегид-3-фосфата в разных системах: с использованием лягушачьего белка Rsn-2 (черный), с использованием неионного детергента Tween-20 (красный), без использования пенообразующих средств (наложившиеся друг на друга разноцветные кривые) и без использования света (наложившиеся друг на друга прямые в районе нуля).

Фотосинтез в лягушачьей пене

Ключевые слова:  биотопливо, фотосинтез

Опубликовал(а):  Трусов Л. А.

29 марта 2010




Запасы ископаемого топлива не безграничны. Эта мысль уже давно тревожит человечество и заставляет подыскивать альтернативные способы обеспечить себя энергией. Один из очевидных выходов – использовать энергию Солнца, запасенную растениями в виде органических соединений (сахаров) для получения биотоплива (спирта). Однако высшие растения плохо пригодны для эффективного получения биотоплива: занимают много места, требуют ухода, полива, пахотных земель. Но раз уж мы живем в век био- и нанотехнологий, то именно они и помогут ученым исправить ситуацию там, где природа отчего-то подкачала.

Так решили исследователи из университета Цинциннати, США. Что требуется для искусственного фотосинтеза? Во-первых, нужно из энергии солнечного света получить энергию химических связей. Оказывается, для этого достаточно взять лишь два фермента – бактериородопсин и аденозинтрифосфат синтазу. Первый из них является светочувствительным переносчиком протона, а второй синтезирует высокоэнергетическую молекулу АТФ из АДФ при протекании протонов через мембрану. В качестве мембраны ученые предлагают использовать природный детергент – белок Rsn-2 лягушки Physalaemus pustulosus, который является основным компонентом пены лягушачьих домиков (рисунок 1, 2). Такая пена, с одной стороны, достаточно стабильна даже при низких концентрациях белка, а с другой стороны, она не разрушительна для ферментов, в отличие от многих других детергентов.

Итак, пена, бактериородопсин и АТФ-синтаза позволяют запасать энергию в виде молекул АТФ. Добавление к этой системе ферментативного комплекса цикла Кальвина приводит к фиксации атмосферного углекислого газа в виде глицеральдегид-3-фосфата (рисунок 3). При этом использование лягушачьей пены дало наилучшие результаты по сравнению с другим детергентом (Tween-20) и с отсутствием пенообразователя (рисунок 4). Добавление к этой, и без того уже сложной, системе дополнительного набора ферментов позволило получать из глицеральдегид-3-фосфата глюкозу.

Фотосинтезирующая пена позволяет получать 116 нмоль глюкозы на миллилитр в час. Авторы работы радостно подсчитывают, что если взять слой пены толщиной в один метр, то можно получить 10 кг биотоплива на гектар в час, или 3.4 тонны с гектара в год (при условии 11-часового светового дня и с учетом потерь при переработке сахара в биотопливо). Это в десять раз больше, чем при использовании традиционных растений вроде сахарного тростника. Для засушливых регионов особенно важно, что фотопена не требует полива, тогда как для производства одного литра спирта из высших растений требуется 800-1200 литров воды, большую часть которой растения расточительно испаряют.

Однако заметим, что в ученые лишь частично обеспечили энергетические потребности при синтезе глицеральдегид-3-фосфата. В цикле Кальвина расходуется две молекулы АТФ и одна молекула NADPH (или NADH). Фотопена не производит эту молекулу – ее предлагают добавлять извне. И если ферменты в процессе реакции не расходуются, то с NADH непонятно – предлагается ли постоянно добавлять новые порции? А учитывая большое разнообразие использованных ферментов, хочется посоветовать исследователям изучить вопрос стабильности системы, прежде чем с точностью до копейки делить шкуру еще не родившегося медведя. Работа «Artificial Photosynthesis in Ranaspumin-2 Based Foam» опубликована в Nano Letters.


Источник: ACS Publications



Комментарии

ИНТЕРЕСНО очень! Как это удалось?
Но... Лягушек жалко, да и людей не меньше, т.к они остаются без энергии. Что нефть кончается? А как же олигархи?
Олигархов жальче всего, да. А почему вам жалко лягушек?
Nurimbetov Ruslan Ivanovich, 29 марта 2010 19:49 
Аха хахаха!!!
"В качестве мембраны ученые предлагают использовать природный детергент – белок Rsn-2 лягушки Physalaemus pustulosus, который является основным компонентом пены лягушачьих домиков"...Домики перестанут строиться?
Почему домики перестанут строиться? Supporting information находится в открытом доступе, ее можно найти, пройдя по приведенной в статье ссылке.

(На всякий случай, вот она: http://pubs...._si_001.pdf )

Там ясно написано, как получали белки для пены: The Rsn-2 gene was synthesized using PCR since the length was relatively short. The sequence was designed for E.coli codon usage with a 6xHis c-terminal tag. Purification was performed with Ni-NTA resin.
Жестокий стёб над здравым смыслом.
Трусов Л. А., 29 марта 2010 23:26 
зато про лягушечек
Черепашки-нинзя объелись несвежей пиццы и стали большими и... зелёными
Жалко черепашек
Лунев Виктор Иванович, 31 марта 2010 20:28 
Интересно... Но как-то что-то не очень-то...
Лунев Виктор Иванович, 02 апреля 2010 18:14 
Все опять на апелляции )))
Лягух жалко , а олигархов нет .
А вообще то работа ничего, любопытная и рукодельная, какое у неё будущее время покажет. Скорее всего никакого, если только ей в Сколково не займутся. На это одна надежда...
Л В А, 05 апреля 2010 12:12 
Это что-то уже реальное, правда теперь возникает вопрос как сие преобразовать в электричество, кроме дорогих топливных ячеек и ДВС ничего сразу на ум не приходит.
Нужен какой-то проимежуточный химпроцесс, втобы в жидкие батарейки.
Лунев Виктор Иванович, 06 апреля 2010 00:53 
В Сколково ей навряд ли займутся

Для того чтобы оставить комментарий или оценить данную публикацию Вам необходимо войти на сайт под своим логином и паролем. Зарегистрироваться можно здесь

 

Вольфрамовый зонд
Вольфрамовый зонд

Школа PI SCAMT: Стань руководителем глобальной лаборатории
Университет ИТМО приглашает принять участие в Школе PI. Школа PI - это возможность узнать как из точки А "молодой кандидат наук" дойти до точки Б "научный руководитель". За 1 неделю вы узнаете об этапах организации успешной исследовательской группы в России и разработаете дорожную карту построения своей собственной лаборатории. Школа PI подходит для кандидатов наук, защитивших диссертацию в области естественных наук не ранее 2015 года. Прием заявок до 1 мая 2021 г.

Перст-дайджест
В новом выпуске бюллетеня «ПерсТ»: Новые титансодержащие комплексы для водородных
аккумуляторов. Зеленая электроника: мягкий актуатор из венериной мухоловки. Шелковичные черви создают новые нанокомпозиты in vivo. Конференции

В магистратуру МГУ - без экзаменов, юбилейная универсиада
Универсиада МГУ - уникальный конкурс, впервые проводимый в новом формате, который охватывает широкий диапазон участников – студентов и выпускников специалитета, бакалавриата, магистратуры, аспирантов, молодых ученых. Конкурс рассчитан на поддержку талантливой молодежи, мотивацию дальнейшего развития научно-исследовательской карьеры, пропаганду научных знаний, активное вовлечение участников в обмен мнениями и равноправное соревнование со своими сверстниками и коллегами на международном уровне, а также поступление в бесплатную магистратуру МГУ без экзаменов по результатам Универсиады.

Спинтроника и iPod
В.В.Уточникова
В 1988 году Альберт Ферт и Петер Грюнберг независимо друг от друга обнаружили, что электросопротивление композитов, составленных из чередующихся слоев магнитного и немагнитного металла может невероятно сильно меняться при приложении магнитного поля. В течение десятилетия это, казалось бы, эзотерическое наблюдение революционным образом изменило электронную промышленность, позволяя накапливать на жестких дисках все возрастающий объем информации.

ДНК правит компьютером
Бидыло Тимофей Иванович
Наиболее вероятно, что главным революционным отличием процессоров будущего станут объемная (3D) архитектура и наноразмер составляющих, что позволит головокружительно увеличить количество элементов. Сегодня кремниевые технологии приближаются к своему технологическому пределу, и ученые ищут адекватную замену кремниевой логике. Клеточные автоматы, спиновые транзисторы, элементы логики на молекулах, транзисторы на нанотрубках, ДНК-вычисления…

Будущее техники отразилось в идеальном нанозеркале
Кушнир Сергей Евгеньевич
Свыше 99,9% падающего излучения отражает новое зеркало, построенное физиками США. А ведь толщина его составляет всего-то 0,23 микрометра. Специалисты говорят, что новинка способна улучшить параметры многих компьютерных устройств, где применяется лазерная оптика.

Технопредпринимательство в эпоху COVID-19

Небольшой опрос о том, как изменились подходы современного предпринимательства в контексте новых и возникающих форм ведения бизнеса, онлайн образования, дистанционных форм взаимодействия и коворкинга в эпоху пандемии COVID - 19.

Технонано

Технопредпринимательство - идея, которая принесет свои плоды при бережном культивировании и взращивании. И наша наноолимпиада, и Наноград от Школьной Лиги РОСНАНО, и проект Стемфорд, и другие замечательные инициативы - важные шаги на пути реализации этой и других идей, связанных с развитием новых высоких технологий в нашей стране и привлечением молодых талантов в эту вполне стратегическую область. Ниже приведен небольшой опрос, который позволит и нам, и вам понять, а что все же значит этот модный термин, и какова его суть.

Технопредпринимательство на марше

Мы традиционно просим вас высказать свои краткие суждения по вопросу технопредпринимательства и проектной деятельности школьников. Для нас очевидно, что под технопредпринимательством и под проектной деятельностью школьников каждый понимает свое, но нам интересно ваше мнение, заодно вы сможете увидеть по мере прохождения опроса, насколько оно совпадает или отличается от мнения остальных. Ждем ваших ответов!



 
Сайт создан в 2006 году совместными усилиями группы сотрудников и выпускников ФНМ МГУ.
Сайт модернизирован для ресурсной поддержки проектной деятельности учащихся в рамках ГК 16.647.12.2059 (МОН РФ)
Частичное или полное копирование материалов сайта возможно. Но прежде чем это делать ознакомьтесь с инструкцией.