Nanodiscs de lipide de faisceau de Chercheurs pour produire l'essence d'hydrogène

Une équipe de recherche Basée Aux États-Unis comportant des scientifiques de MIPT a assemblé une structure biologique de nanoscale capable de produire l'hydrogène à partir de l'eau utilisant la lumière. Ils ont inséré une protéine photosensible dans les nanodiscs - éclats circulaires de membrane cellulaire composés de bilayer de lipide - et amélioré la structure résultante avec des particules de dioxyde de titane, un photocatalyst. Les découvertes de recherches ont été publiées dans le Nano du tourillon ACS.

La synthase d'ATP emploie l'énergie des protons (Н⁺) pour produire la molécule de stockage de l'énergie connue sous le nom d'adénosine triphosphate (ATP) à partir de l'adénosine^diphosphate (ADP) et d'un phosphate minéral (Pi). Les lipides sont affichés dans le bleu.

Professeur Vladimir Chupin, qui retient un ScD en chimie et dirige le Laboratoire de la Chimie et de la Physique des Lipides au Centre de Recherche de MIPT pour des Mécanismes Moléculaires des Maladies de Vieillissement et de Lié à l'âge, note :

Nos laboratoires fonctionnant avec des protéines de membrane, en particulier avec des nanodiscs, sont en grande partie concentrés sur les questions biophysiques et médicales. Cependant, l'étude commune récente avec nos collègues des États-Unis prouve qu'en rassemblant les matériaux biologiques et techniques, des nanodiscs peuvent être employés pour obtenir l'essence d'hydrogène.

Essence d'Hydrogène

L'Hydrogène est l'une des sources d'énergie alternatives les plus propres. Quand il brûle, le seul produit formé est vapeur d'eau. En Outre, à 45 pour cent ou à plus, l'efficience de l'essence d'hydrogène est beaucoup plus grand avec moins de 35 pour cent pour l'essence ou le gazole. Bien Que les fabricants d'automobiles importants, tels que Toyota, Honda, et BMW, produisent déjà les véhicules hydrogène hydrogène, leurs numéros demeurent modestes. L'Hydrogène est encore coûteux pour obtenir, pas moins en raison de la consommation de haute énergie concernée. Pour Cette Raison, les chercheurs recherchent des voies de produire de cette essence en branchant sur d'autres sources d'énergie.

Énergie Verte

L'Hydrogène peut être produit à partir de l'eau utilisant l'énergie solaire. Le procédé concerné exige la présence des photocatalysts appelés de composés spéciaux. Parmi eux, le dioxyde de titane est un des plus très utilisée. C'est à peine le photocatalyst le plus pertinent, bien que, ainsi les chercheurs se donnent beaucoup de peine pour amplifier sa performance en la meulant au nanosize, ajoutant des impuretés, Etc. À cet effet, les scientifiques au Laboratoire National d'Argonne en Illinois, États-Unis, s'est tourné vers la biologie, assemblant un nanostructure effectué du dioxyde de titane et d'un bacteriorhodopsin appelé de protéine de membrane. En augmentant la performance de chacun, ces deux composants sensibles à la lumière forment un système neuf dont les capacités dépassent de loin ceux de ses composantes.

Bacteriorhodopsin est une protéine photosensible qui fait partie des membranes de quelques cellules microbiennes. (En fait, il y a bien quelques unes de telles protéines, mais celle utilisée dans cette étude a été prise du salinarium de Halobacterium.) Une extrémité de la protéine colle à l'extérieur sur l'extérieur d'une cellule, alors que l'autre extrémité est sur l'intérieur. La Lumière solaire fait pomper le bacteriorhodopsin des protons hors de la cellule, qui permet à la cellule de synthétiser l'énergie sous forme d'adénosine triphosphate. Par Ailleurs, le corps humain produit un total d'environ 70 kilogrammes d'ATP chaque jour.

Nanodiscs

La Technique moderne permet à des chercheurs de synthétiser la durée de vie artificiellement, sans les cellules biologiques concernées. Ainsi, des protéines fonctionnelles de membrane peuvent être obtenues à l'aide des medias variés qui environnement naturel imitent protéines'. Parmi de tels medias disponibles aux scientifiques sont les nanodiscs - éclats de membrane composés des phospholipides et encerclés par deux molécules de protéine dans une double formation de courroie. La taille d'un nanodisc dépend de la longueur des deux protéines beltlike. Comme protéine de membrane, le bacteriorhodopsin appartient dans une membrane cellulaire et ainsi est bien à l'intérieur des frontières dans un nanodisc, qui est une structure étonnante conçue pour préserver la structure des protéines naturelle. Nanodiscs ont été employés pour étudier des structures des protéines de membrane, développer les agents médicaux, et maintenant repurposed pour le photocatalysis. Aidé par les scientifiques matériels de MIPT, les chercheurs ont obtenu des nanodiscs 10 nanomètres de diamètre, avec le bacteriorhodopsin emboîté en dedans.

Ils ont terminé avec de l'hydrogène

L'équipe a dissous des nanodiscs dans l'eau, avec des particules de dioxyde de titane. Elles ont même ajouté du platine pour la bonne mesure - et pas simplement parce qu'elle semble grande, mais parce qu'elle rend le photocatalysis plus pertinent. La Gauche du jour au lendemain dans ce mélange, les nanodiscs a collé aux particules catalytiques. Bacteriorhodopsin - la pompe de proton - doublé comme antenne. Elle a capturé la lumière et a transféré son énergie au dioxyde de titane, augmentant sa sensibilité à la lumière. De plus, le bacteriorhodopsin a rempli son fonctionnement habituel des protons de translocation, qui étaient grâce fournissante réduite d'hydrogène à la présence du catalyseur de platine. Puisqu'il prend des électrons pour réduire des protons, les chercheurs ont ajouté du méthylène dans la solution pour servir de donneur d'électrons. Le mélange a été exposé à vert et la lumière blanche, avec de environ 74 fois plus de l'hydrogène a produit dans ce dernier cas. En moyenne, l'émission de l'hydrogène a été mise à jour presque à un débit constant pendant au moins 2 à 3 heures.

Bien Que des expériences avec un nanostructure assimilé aient été entreprises avant, elles ont utilisé le bacteriorhodopsin dans une membrane cellulaire naturelle. La Remplaçant par des nanodiscs, les chercheurs ont trouvé qu'ils pourraient produire juste comme beaucoup d'hydrogène ou plus, et ils ont même eu besoin de moins de bacteriorhodopsin pour le même montant de dioxyde de titane. L'équipe soupçonne que ceci pourrait être crédité à la capacité des nanodiscs compacts et uniformes pour se connecter par interface plus même aux particules catalytiques. Bien Que le bacteriorhodopsin naturel reste l'option meilleur marché, pour l'instant, il est possible que l'évolution des méthodes artificielles de biosynthèse effectuera bientôt à des nanodiscs une alternative plus faisable.

Source : https://mipt.ru/english/news/lipid_nanodiscs_harnessed_to_produce_hydrogen_fuel