Nanodiscs del lípido del harness de los Investigadores para producir el combustible del hidrógeno

Las personas Establecidas En Los Estados Unidos de los investigadores que ofrecían a científicos de MIPT han ensamblado una estructura biológica del nanoscale capaz de producir el hidrógeno del agua usando luz. Insertaron una proteína fotosensible en los nanodiscs - fragmentos circulares de la membrana celular integrados por un bilayer del lípido - y aumentado la estructura resultante con las partículas del dióxido de titanio, un photocatalyst. Las conclusión de la investigación fueron publicadas en el gorrón ACS Nano.

El synthase del ATP utiliza la energía de los protones (Н⁺) para producir la molécula del almacenamiento de energía conocida como trifosfato de adenosina (ATP) del difosfato de adenosina (ADP) y de un fosfato inorgánico (Pi). Los lípidos se muestran en azul.

Profesor Vladimir Chupin, que sujeta un ScD en química y dirige el Laboratorio de la Química y de la Física de Lípidos en el Centro de la Investigación de MIPT hacia Mecanismos Moleculares del Envejecimiento y de las Enfermedades Relativas A La Edad, observa:

Nuestros laboratorios que trabajan con las proteínas de la membrana, particularmente con los nanodiscs, se centran sobre todo en ediciones biofísicas y médicas. Sin Embargo, el estudio común reciente con nuestros colegas de los E.E.U.U. muestra que reuniendo los materiales biológicos y técnicos, los nanodiscs se pueden utilizar para obtener el combustible del hidrógeno.

Combustible del Hidrógeno

El Hidrógeno es una de las fuentes de energía alternativas más limpias. Cuando quema, el único producto formado es vapor de agua. Además, en el 45 por ciento o más, la eficiencia del combustible del hidrógeno es mucho mayor comparada con el menos de 35 por ciento para la gasolina o el combustible diesel. Aunque los fabricantes de automóviles importantes, tales como Toyota, Honda, y BMW, estén produciendo ya los vehículos hidrógeno-movidos por motor, sus números siguen siendo modestos. El Hidrógeno es todavía costoso obtener, especialmente debido al consumo del poder más elevado implicado. Por este motivo, los investigadores están buscando maneras de generar este combustible golpeando ligeramente en otras fuentes de energía.

Energía Verde

El Hidrógeno se puede producir del agua usando energía solar. El proceso implicado requiere la presencia de pastas especiales llamadas los photocatalysts. Entre ellos, el dióxido de titanio es uno del más ampliamente utilizada. Es apenas el photocatalyst más efectivo, aunque, así que los investigadores hacen grandes esfuerzos reforzar su funcionamiento esmerilándolo al nanosize, agregando impurezas, el Etc. A tal efecto, los científicos en el Laboratorio Nacional de Argonne en Illinois, los E.E.U.U., ha girado a la biología, ensamblando un nanostructure hecho del dióxido de titanio y una proteína de la membrana llamada bacteriorhodopsin. Aumentando funcionamiento de cada uno, estos dos componentes sensibles a la luz forman un nuevo sistema cuyas capacidades con mucho excedan los de sus componentes.

Bacteriorhodopsin es una proteína fotosensible que es parte de las membranas de algunas células microbianas. (De hecho, hay muy algunas de tales proteínas, pero la que está usada en este estudio fue tomado del salinarium de Halobacterium.) Un extremo de la proteína adhiere fuera en el exterior de una célula, mientras que el otro extremo está en el interior. La Luz Del Sol hace bacteriorhodopsin bombear los protones de la célula, que permite a la célula sintetizar energía bajo la forma de trifosfato de adenosina. A Propósito, el cuerpo humano produce un total de cerca de 70 kilogramos de ATP cada día.

Nanodiscs

La tecnología Moderna permite que los investigadores sinteticen vida artificial, sin las células biológicas implicadas. Así, las proteínas funcionales de la membrana se pueden obtener usando los diversos media que imitan ambiente natural de las proteínas'. Entre tales media disponibles para los científicos son los nanodiscs - fragmentos de la membrana compuestos de fosfolípidos y cercados por dos moléculas de proteína en una formación doble del cinturón. La talla de un nanodisc depende de la longitud de las dos proteínas beltlike. Como proteína de la membrana, el bacteriorhodopsin pertenece en una membrana celular y así que está muy en casa en un nanodisc, que es una estructura asombrosa diseñada para preservar la estructura natural de la proteína. Nanodiscs se ha utilizado para estudiar las estructuras de la proteína de la membrana, desarrollar agentes médicos, y ahora repurposed para el photocatalysis. Ayudado por los científicos materiales de MIPT, los investigadores obtuvieron nanodiscs 10 nanómetros de diámetro, con el bacteriorhodopsin jerarquizado dentro.

Terminaron hacia arriba con hidrógeno

Las personas disolvieron nanodiscs en agua, junto con partículas del dióxido de titanio. Incluso agregaron algo de platino para la buena dimensión - y no apenas porque él suena genial, pero porque hace photocatalysis más efectivo. La Izquierda durante la noche en esa mezcla, los nanodiscs adhirió a las partículas catalíticas. Bacteriorhodopsin - la bomba del protón - duplicado hacia arriba como antena. Capturó la luz y transfirió su energía al dióxido de titanio, aumentando su sensibilidad a la luz. Además, el bacteriorhodopsin realizó su función usual de los protones de desplazamiento, que fueron reducidos que rendían gracias del hidrógeno a la presencia del catalizador del platino. Porque toma electrones para reducir los protones, los investigadores agregaron un poco de metanol en la solución para servir como donante de electrón. La mezcla fue expuesta a verde y la luz blanca, con unas 74 veces más hidrógeno produjo en este último caso. Por término medio, la emisión del hidrógeno fue mantenida a un tipo casi constante por lo menos 2 a 3 horas.

Aunque los experimentos con un nanostructure similar hayan conducto antes, utilizaron bacteriorhodopsin en una membrana celular natural. Reemplazándola por los nanodiscs, los investigadores encontraron que podrían producir apenas tanto hidrógeno o más, e incluso requirieron menos bacteriorhodopsin para la misma cantidad de dióxido de titanio. Las personas sospechan que esto se podría ingresar en cuenta a la capacidad de los nanodiscs del compacto y del uniforme para interconectar más uniformemente con las partículas catalíticas. Aunque el bacteriorhodopsin natural siga siendo la opción más barata, por ahora, es posible que la evolución de los métodos artificiales de la biosíntesis pronto hará los nanodiscs una opción más posible.

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