科学家重塑光合作用 为我们的未来提供燃料

氢是一种重要的商品，全球每年生产6000多万吨。 然而，95%以上是由化石燃料的蒸汽改造而成的，这是一个能源密集型的过程，产生二氧化碳。 如果我们能用光和水制成的藻类生物氢取代其中的一部分，它将产生巨大的影响。

这在分子科学学院教授、生物能源和光合作用中心主任凯文·雷丁的实验室里取得了显著的效果。 他们的研究题为“重新布线光合作用：一种在体内制造氢的光系统I-氢酶嵌合体”，最近发表在高影响期刊“能源与环境科学”上。

雷丁解释说：“我们所做的是表明，在活细胞中，可以拦截光合作用中的高能电子，并利用它们驱动交替化学。 “我们在这里以制氢为例。”

“凯文·雷丁和他的团队在重新设计光子系统I复合物方面取得了真正的突破，”伊恩·古尔德解释说，他是分子科学学院的临时主任，这是文科和科学学院的一部分。 “他们不仅找到了一种方法来重定向一种复杂的蛋白质结构，这种结构的目的是为了一种不同的、同样关键的过程，但他们找到了在分子水平上实现这一点的最佳方法。”

众所周知，植物和藻类以及蓝藻利用光合作用产生氧气和“燃料”，后者是可氧化的物质，如碳水化合物和氢。 有两种色素-蛋白质复合物协调光在氧合用中的主要反应：光系统I(PSI)和光系统II(PSII)。

藻类(在这项工作中，单细胞绿藻衣藻(Chlamydomonas reinhardtii，简称“衣藻”)拥有一种叫做氢酶的酶，它使用从蛋白质铁氧还蛋白中获得的电子，通常用于将电子从PSI输送到不同的目的地。 一个问题是藻氢酶被PSII不断产生的氧迅速和不可逆转地灭活。

在这项研究中，博士生和第一作者AndreyKanygin创造了PSI和氢酶的遗传嵌合体，使它们在体内共同组装和活跃。 这个新的组件将电子从二氧化碳固定转移到生产生物氢。

“我们认为需要采取一些完全不同的方法——因此，我们疯狂的想法是将氢酶直接连接到光子系统I，以便将很大一部分电子从水的分裂(通过光子系统II)中转移，以制造分子氢，”雷丁解释说。

表达新的光系统(PSI-氢酶)的细胞以光依赖的方式以高速率产生氢，持续数天。

这一重要结果也将在即将发表的《化学世界》(Chemistry World)一篇文章中得到体现——这是英国皇家化学学会出版的一份化学月刊。 该杂志介绍了化学世界的最新发展，包括研究、国际商业新闻和政府政策，因为它影响到化学科学界。

科学基金资助这项研究是-以色列两国科学基金会的一部分。 在这一安排中，一位科学家和以色列科学家联手组成了一个联合项目。 合伙人向科学基金会提交联合项目赠款，以色列合伙人向以色列科学基金会提交同样的赠款。 两个机构必须同意为该项目提供资金，以获得BSF的资金。 特拉维夫大学的Iftach Yacoby教授是雷丁在BSF项目上的合作伙伴，他是一位年轻的科学家，大约八年前开始在TAU工作，并专注于不同的方法来增加藻类生物氢的生产。

总之，重新设计光合微生物的基本过程提供了一个廉价和可再生的平台，以创造能够驱动困难的电子反应的生物工厂，只有由太阳供电，并以水为电子源。