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

 

Икра
Икра

На XXI Менделеевском съезде награждены выдающиеся ученые-химики
11 сентября 2019 года в Санкт-Петербурге на XXI Менделеевском съезде по общей и прикладной химии объявлены победители премии выдающимся российским ученым в области химии. Премия учреждена Российским химическим обществом им. Д.И.Менделеева совместно с компанией Elsevier с целью продвижения и популяризации науки, поощрения выдающихся ученых в области химии и наук о материалах.

Россия подала в ЮНЕСКО заявку на учреждение премии имени Менделеева для молодых ученых
Россия подала в ЮНЕСКО заявку на учреждение премии имени Менделеева для молодых ученых. Об этом премьер-министр РФ Дмитрий Медведев сообщил, открывая встречу с нобелевскими лауреатами, руководителями химических обществ, представителями международных и российских научных организаций.

Перст-дайджест
В новом выпуске бюллетеня «ПерсТ»: Синтез “перламутровых” нанокомпозитов с помощью бактерий. Оптомагнитный нейрон.Устойчивость азотных нанотрубок. Электронные характеристики допированных фуллереновых димеров.

Люди, создающие новые материалы: от поколения X до поколения Z
Е.В.Сидорова
Самые диковинные экспонаты научной выставки, организованной в Москве в честь Международного года Периодической таблицы химических элементов в феврале 2019 г., можно было рассмотреть только "вооруженным глазом»: Таблица Д.И.Менделеева размером 5.0 × 8.7 мкм и нанопортрет первооткрывателя периодического закона великолепно демонстрировали возможности динамической АСМ-литографии на сканирующем зондовом микроскопе. Миниатюрные произведения представили юные участники творческих конкурсов XII Всероссийкой олимпиады по нанотехнологиям, когда-то задуманной академиком Ю.Д.Третьяковым — основателем факультета наук о материалах (ФНМ) Московского государственного университета имени М.В.Ломоносова. О том, как подобное взаимодействие со школьниками и студентами помогает сохранить своеобразие факультета и почему невозможно воплощать идею междисциплинарного естественнонаучного образования, относясь к обучению как к конвейеру, редактору журнала «Природа» рассказал заместитель декана ФНМ член-корреспондент РАН Е.А.Гудилин.

Как наночастицы применяются в медицине?
А. Звягин
В чем преимущества наночастиц? Как они помогают ученым в борьбе с раком? Биоинженер Андрей Звягин о наночастицах в химиотерапии, имиджинговых системах и борьбе с раком кожи.

Медицинская керамика: какими будут имплантаты будущего?
В.С. Комлев, Д. Распутина
Почему керамические изделия применяются в хирургии? Какие технологии используются для создания имплантатов? Материаловед Владимир Комлев о том, почему керамика используется в медицине, как на ее основе создаются имплантаты и какие перспективы у биоинженерии

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!

О наноолимпиаде замолвите слово...

Прошла XII Всероссийская олимпиада "Нанотехнологии - прорыв в Будущее!" Мы надеемся, что нам для улучшения организации последующих наноолимпиад поможет электронное анкетирование. Мы ждем Ваших замечаний, пожеланий, предложений. Спасибо заранее!

Опыт обучения в области нанотехнологического технопредпринимательства

В этом опросе мы просим поделиться опытом и Вашим отношением к нанотехнологическому технопредпринимательству и смежным областям. Заранее спасибо за Ваше неравнодушие!



 
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.