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.
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.
Аха хахаха!!!
