绿藻中发现的酶可能替代昂贵的铂催化剂用于高效制氢

绿藻中发现的酶可能替代昂贵的铂催化剂用于高效制氢

绿藻中发现的酶可能替代昂贵的铂催化剂用于高效制氢
  
  质子和电子的耦合转移是制氢的关键,氢化酶可以像昂贵的铂催化剂一样高效地转化氢。为了使生物技术能够应用在这个领域,研究人员正在详细研究它们是如何工作的。
  
  波鸿大学(Ruhr-UniversitBochum)和牛津大学共同组建的一个团队发布在《美国国家科学院院刊(PNAS)》上最新报告指出,酶的质子和电子传递在空间上是分开的,但仍然是耦合的,这是高效率的决定性因素。该文章于2020年8月10日在线发表。

绿藻中发现的酶可能替代昂贵的铂催化剂用于高效制氢
绿藻中发现的酶可能替代昂贵的铂催化剂用于高效制氢

  
  自然界最有效的氢气制造者
  
  所谓的这一类[FeFe]-氢化酶,例如在绿藻中发现的,是自然界最有效的氢气制造者。它们可以产生和分解氢。实际的化学反应发生在酶深层的活性部位。“因此,反应所需的电子和质子必须找到一种有效的途径,”来自波鸿光生物技术研究组的Oliver Lampret博士解释道,他是这篇论文的作者之一。电子传输是通过一根电线进行的,可以说,它是由几个铁硫团簇组成的。质子通过由五个氨基酸和一个水分子组成的质子转移通道转运至活性中心。
  
  光生物技术研究组的负责人Thomas Happe教授说:“尽管已经知道存在质子耦合的电子转移机制,但研究人员迄今认为耦合只发生在活性中心。”
  
  蛋白质工程使耦合可见
  
  研究小组对氢化酶进行了操作,使得质子转移的速度明显减慢,但氢仍然可以被转化。利用动态电化学,他们发现氢转化率显着下降,更重要的是,需要显着的过电位来催化氢的产生或裂解。通过控制质子转移途径,研究人员间接地降低了电子转移的速率。
  
  Oliver Lampret总结道:“由于两个转移路径在空间上是分开的,我们假设这两个过程的远程协同耦合对于高效催化是必要的。”这一发现将有助于未来开发更高效的氢化酶催化剂。

Related Posts

Read More

珊瑚光共生与钙化中的pH调节:区间视角

珊瑚-甲藻光共生与钙化是浅水珊瑚礁生态基础。虽珊瑚结构简单,但体内存在pH差异显著的区室:酸性共生体利于碳酸氢根转化为二氧化碳供甲藻光合,碱性细胞外钙化介质促进碳酸根生成以驱动钙化。甲藻光合消耗二氧化碳升pH并供能,珊瑚通过质子泵调控pH梯度,平衡光合与钙化的酸碱影响,保障共生与钙化正常进行。…

Read More

废水处理新方案:微藻与细菌的 “共生智慧”​

本文聚焦微藻 - 细菌共生污泥(MBSS)系统处理含磺胺嘧啶(SDZ)废水的应用难题与解决方案。研究发现,通过调控微藻与活性污泥接种比例,可实现多重优化:1:3 比例下 SDZ 去除率达 99.8%,1:1 比例时氮磷回收效率最优(磷达 98.6%)。宏基因组分析表明,小球藻属等微藻与 SDZ 去除密切相关,且能促进罗丹杆菌属等降解菌成为优势菌群,同时将磺胺类抗性基因(sul1、sul2)丰度降至原来的 22.9%。该策略为含抗生素废水的高效处理、营养盐回收及抗性基因防控提供了绿色可行的方案。…

Read More

色温对水生环境中藻类生长热效应的影响

光和温度是调控藻华发生的关键因素,但目前实验室研究常存在一个明显缺陷:要么固定温度忽略光本身带来的热效应,要么把这种“光自带的热”(专业上叫内源性光热效应,简称ETP)和外界环境加热(外源热输入,简称ETI)混为一谈。其实,光的“色温”(简单说就是光的颜色深浅对应的温度属性)会决定光子的分布规律,进而影响水体里的热强度,这一点在以往研究中被忽视了。…