ru24.pro
Разное на 123ru.net
Декабрь
2024
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31

Солнечный свет в бутылке: как учёные научились «доить» энергию из растений

Вы когда-нибудь задумывались, насколько гениально устроена природа? Фотосинтез — это не просто школьный урок биологии, а сложнейшая химическая фабрика, где из солнечного света и углекислого газа создаётся жизнь. И вот, учёные нашли способ заглянуть за кулисы этого процесса и даже использовать его для производства чистой энергии. Представьте себе: водород, не из ископаемого топлива, а из обычного света, буквально из воздуха! Звучит как фантастика, правда?

Фотосистемы: маленькие, да удаленькие

В центре этого удивительного процесса стоят белки, известные как фотосистемы. Их задача — ловить фотоны, частицы света, и превращать их в электрический ток. Это как солнечные батареи, только биологические и гораздо более эффективные. Особое место занимает фотосистема I (ФСI) — настоящий чемпион по преобразованию света в электричество. Удивительно, но на каждый поглощенный фотон она почти всегда генерирует один электрон. И именно эти электроны становятся ключом к производству водорода.

Иллюстрация
Автор: ИИ Copilot Designer//DALL·E 3 Источник: www.bing.com
Платина в деле: где встречаются природа и технология

Но как же превратить этот электрический поток в водород? Здесь на сцену выходят наночастицы платины. Эти крошечные частицы способны проводить реакцию, в результате которой выделяется водород — тот самый газ, который может стать топливом будущего. И вот, что получается: мы соединяем природный механизм — ФСI, с технологическим элементом — наночастицами платины, и получаем биогибридный катализатор, способный производить водород под действием света. Как вам такое?

Заглядывая вглубь: как крио-ЭМ перевернула игру

Всё это звучало бы как сказка, если бы не научный подход. Учёные не просто строили гипотезы, они хотели увидеть всё своими глазами. И помог им в этом метод крио-электронной микроскопии (крио-ЭМ). Этот метод позволил им «заморозить» биогибрид и разглядеть его структуру с невероятной детализацией. И тут их ждал сюрприз.

Показан периферический вид мономера PSI с обозначенными субъединицами. Для NP1A использовались две модели PtNP, чтобы показать возможные альтернативные положения, а для NP1B — одна модель PtNP. Модель PtNP, наиболее близкая к кластеру [4Fe-4S], показана зеленым цветом и соответствует вероятному положению PtNP, на которое могут быть перенесены электроны с ФБ. Цитирование: Gisriel, C.J., Malavath, T., Qiu, T. et al. Structure of a biohybrid photosystem I-platinum nanoparticle solar fuel catalyst. Nat Commun 15, 9519 (2024). https://doi.org/10.1038/s41467-024-53476-y
Автор: Gisriel, C.J., Malavath, T., Qiu, T. et al. Источник: www.nature.com

Оказывается, наночастицы платины прикрепляются к ФСI не в одном, как предполагали ранее, а в двух разных местах. Это открытие стало настоящим прорывом, которое позволяет учёным по-новому взглянуть на взаимодействие белка и наночастиц.

Что дальше: оптимизация и новые горизонты

Теперь, имея детальную структуру биогибрида, учёные могут целенаправленно работать над его улучшением. Они могут «настраивать» свойства белка, менять размер и форму наночастиц, и всё это для того, чтобы повысить эффективность производства водорода. По сути, они учатся «конструировать» фотосинтез, делая его еще более совершенным.

a Сравнение Fd-связывающего сайта (синий) с PtNP-связывающими сайтами (серый). b Сравнение Flv-связывающего сайта (синий) с PtNP-связывающими сайтами (серый). Показан вид комплекса PSI со стороны стромы. Карты Fd и Flv были созданы путем наложения структуры цианобактериального PSI со связанным Fd (PDB 7FIX) или связанным Flv (PDB 6KIF) на структуру PSI со связанными PtNPs (о которой сообщалось здесь), и была сгенерирована карта Fd или Flv размером 8 Å. Перекрывающиеся области PtNP-связывающего сайта A и известных Fd/Flv-связывающих сайтов отмечены красным X, показывающим, как связывание PtNP в этом сайте запрещает Fd/Flv-связывание в биогибридных комплексах PtNP-PSI. Цитирование: Gisriel, C.J., Malavath, T., Qiu, T. et al. Structure of a biohybrid photosystem I-platinum nanoparticle solar fuel catalyst. Nat Commun 15, 9519 (2024). https://doi.org/10.1038/s41467-024-53476-y
Автор: Gisriel, C.J., Malavath, T., Qiu, T. et al. Источник: www.nature.com

Этот прорыв открывает новые перспективы для развития «зелёной» энергетики. Ведь, получая водород из солнечного света, мы получаем практически неисчерпаемый и экологически чистый источник энергии. Это как если бы мы научились собирать солнечный свет в бутылку.

Открытия, меняющие мир

Так, шаг за шагом, наука помогает нам решать глобальные проблемы. И изучение фотосинтеза — это не просто научное любопытство, а реальная возможность сделать наш мир чище и безопаснее. Ведь когда-то и электричество казалось чудом, а теперь оно часть нашей повседневной жизни. Кто знает, может, совсем скоро мы будем заправлять наши автомобили водородом, произведенным с помощью обычного солнечного света и, конечно, благодаря упорству и любопытству учёных.