Американские и немецкие химики создали водородную «фабрику» из нескольких бактериальных белков, которая поглощает свет, запасает его энергию в виде молекул водорода и делает это в два раза эффективнее оригинальных ферментов бацилл, говорится в статье, опубликованной в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.

Группа ученых под руководством Джона Гольбека (John Golbeck) из университета штата Пенсильвания в городе Стейт Колледж (США) «склеила» ферменты сразу двух бацилл – фотосинтезирующий комплекс цианобактерии синекокка (Synechococcus sp.) и белки-«фабрики» водорода, выделенные из генома ацито-бутановой бактерии (Clostridium acetobutylicum).

Синекокки и другие цианобактерии преобразуют энергию света в питательные вещества при помощи так называемых фотосистем I и II, которые включают в себя несколько десятков отдельных компонентов – белков, жиров и пигментов-хлорофиллов.

Первая система захватывает фотоны видимого излучения и преобразует их энергию в свободные электроны, которые вторая половина использует для сборки молекул питательных веществ.

Как отмечают Гольбек и его коллеги, эта система работает не слишком эффективно вне бактерии, так как электроны очень долго путешествуют от одного компонента фотосистемы к другому. Исследователи усовершенствовали природный механизм, прикрепив к основной молекуле фотосистемы I два белка ацито-бутановой бактерии, использующие свободные электроны для расщепления молекул воды и выделения молекулярного водорода.

Как отмечается в статье, первый из них – Fe-Fe гидрогеназа – отвечает за восстановление водорода, а второй – цитохром – за ускорение переноса электронов из фотосистемы I в центр реакции в гидрогеназе.

Ученые проверили работу своего изобретения – они подготовили несколько различных смесей из буферной жидкости и искусственного хлорофилла, облучили их с помощью прожектора и замерили уровни водорода.

Выяснилось, что добавление «хвоста» цитохрома значительно повышает скорость восстановления водорода – его количество увеличилось примерно в 6,67 раза по сравнению с чистым соединением гидрогеназы и фотосистемы I. Кроме того, буферная жидкость оказалась одним из важнейших факторов эффективности «фотофабрики» водорода – замена одного вещества на другое привела к десятикратному росту в производительности.

В статье подчеркивается, что

реакция шла без снижения производительности в течение четырех часов и прекратилась только из-за того, что в растворе закончились некоторые необходимые ингредиенты. Работа фабрики возобновилась после добавления этих веществ и продолжалась в течение 100 последующих дней.

Самые удачные версии белка были примерно в два раза активнее оригинальных ферментов, которыми пользуется синекокк. При этом

изобретение Гольбека и его коллег оказалось в 70 раз эффективнее прочих биохимических методов восстановления водорода.

Исследователи полагают, что стабильность и гибкость их изобретения поможет ему найти дорогу в промышленность и другие сферы жизни человека.