Nanodiscs do lipido do chicote de fios dos Pesquisadores para produzir o combustível do hidrogênio

Uma equipe Estabelecida Nos Estados Unidos dos pesquisadores que caracterizam cientistas de MIPT montou uma estrutura biológica do nanoscale capaz de produzir o hidrogênio da água usando a luz. Introduziram uma proteína fotossensível nos nanodiscs - fragmentos circulares da membrana de pilha compor de um bilayer do lipido - e aumentado a estrutura resultante com partículas do dióxido titanium, um photocatalyst. Os resultados da pesquisa foram publicados no jornal ACS Nano.

A sintase do ATP usa a energia dos protão (Н⁺) para produzir a molécula do armazenamento de energia conhecida como o triphosphate de adenosina (ATP) do diphosphate de adenosina (ADP) e de um fosfato inorgánico (Pi). Os lipidos são mostrados no azul.

O Professor Vladimir Chupin, que guardara um ScD na química e dirige o Laboratório da Química e da Física dos Lipidos no Centro de Pesquisa de MIPT para Mecanismos Moleculars do Envelhecimento e de Doenças Relativas À Idade, nota:

Nossos laboratórios que trabalham com proteínas da membrana, em particular com nanodiscs, são centrados na maior parte sobre edições biofísicas e médicas. Contudo, o estudo comum recente com nossos colegas dos E.U. mostra que reunindo materiais biológicos e técnicos, os nanodiscs podem ser usados para obter o combustível do hidrogênio.

Combustível do Hidrogênio

O Hidrogênio é uma das fontes de energia alternativas as mais limpas. Quando se queima, o único produto formado é vapor de água. Além Disso, em 45 por cento ou em mais, a eficiência do combustível do hidrogênio é muito maior comparada com os menos de 35 por cento para a gasolina ou o combustível diesel. Embora os fabricantes de automóvel principais, tais como Toyota, Honda, e BMW, já estejam produzindo carros hidrogênio-postos, seus números permanecem modestos. O Hidrogênio é ainda caro obter, especialmente devido ao consumo do poder superior envolvido. Por este motivo, os pesquisadores estão procurando maneiras de gerar este combustível batendo em outras fontes de energia.

Energia Verde

O Hidrogênio pode ser produzido da água usando energias solares. O processo envolvido exige a presença de compostos especiais chamados photocatalysts. Entre eles, o dióxido titanium é um do mais amplamente utilizados. É mal o photocatalyst o mais eficaz, embora, assim que os pesquisadores vão aos grandes comprimentos impulsionar seu desempenho mmoendo o ao nanosize, adicionando impurezas, Etc. Com tal fim, os cientistas no Laboratório Nacional de Argonne em Illinois, E.U., girou para a biologia, montando um nanostructure feito do dióxido titanium e de uma proteína da membrana chamada bacteriorhodopsin. Aumentando o desempenho de cada um, estes dois componentes sensíveis à luz formam um sistema novo cujas as capacidades excedam por muito aquelas de seus componentes.

Bacteriorhodopsin é uma proteína fotossensível que seja peça das membranas de algumas pilhas microbianas. (De facto, há bastante algumas de tais proteínas, mas essa usada neste estudo foi tomado do salinarium de Halobacterium.) Uma extremidade da proteína cola para fora na parte externa de uma pilha, quando a outra extremidade estiver no interior. A Luz Solar faz com que o bacteriorhodopsin bombeie protão fora da pilha, que permite a pilha de sintetizar a energia sob a forma do triphosphate de adenosina. Casualmente, o corpo humano produz um total de aproximadamente 70 quilogramas de ATP cada dia.

Nanodiscs

A tecnologia Moderna permite que os pesquisadores sintetizem a vida artificial, sem as pilhas biológicas envolvidas. Assim, as proteínas funcionais da membrana podem ser obtidas usando os vários media que imitam ambiente natural das proteínas'. Entre tais media disponíveis aos cientistas são os nanodiscs - fragmentos da membrana compo dos phospholipids e cercados por duas moléculas de proteína em uma formação dobro da correia. O tamanho de um nanodisc depende do comprimento das duas proteínas beltlike. Como uma proteína da membrana, o bacteriorhodopsin pertence em uma membrana de pilha e assim que está bastante em casa em um nanodisc, que seja uma estrutura surpreendente projetada preservar a estrutura natural da proteína. Nanodiscs foi usado para estudar estruturas da proteína da membrana, para desenvolver agentes médicos, e agora repurposed para o photocatalysis. Ajudado por cientistas materiais de MIPT, os pesquisadores obtiveram nanodiscs 10 nanômetros no diâmetro, com o bacteriorhodopsin aninhado dentro.

Terminaram acima com hidrogênio

A equipe dissolveu nanodiscs na água, junto com partículas do dióxido titanium. Adicionaram mesmo alguma platina para a boa medida - e não apenas porque soa grande, mas porque faz o photocatalysis mais eficaz. Esquerdo durante a noite nessa mistura, os nanodiscs colaram às partículas catalíticas. Bacteriorhodopsin - a bomba do protão - dobrado acima como uma antena. Capturou a luz e transferiu sua energia ao dióxido titanium, aumentando sua sensibilidade à luz. Além, o bacteriorhodopsin executou sua função usual dos protão translocating, que foram reduzidos que rendem agradecimentos do hidrogênio à presença do catalizador da platina. Porque toma elétrons para reduzir protão, os pesquisadores adicionaram algum metanol na solução para servir como um doador de elétron. A mistura foi expor a verde e a luz branca, com umas 74 vezes mais hidrogênio produziu neste último caso. Em média, a emissão do hidrogênio foi mantida em uma taxa quase constante no mínimo 2 a 3 horas.

Embora as experiências com um nanostructure similar fossem conduzidas antes, usaram o bacteriorhodopsin em uma membrana de pilha natural. Substituindo a com os nanodiscs, os pesquisadores encontraram que poderiam produzir apenas tanto hidrogênio ou mais, e exigiram mesmo menos bacteriorhodopsin para a mesma quantidade do dióxido titanium. A equipe suspeita que esta poderia ser creditada à capacidade dos nanodiscs compactos e uniformes para conectar mais uniformente com as partículas catalíticas. Embora o bacteriorhodopsin natural permaneça a opção mais barata, por agora, é possível que a evolução de métodos artificiais da biosíntese fará logo a nanodiscs uma alternativa mais praticável.

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