Фермент, который каталитически преобразует водород, присутствующий в воздухе, в энергию, может найти применение в таких приложениях, как дешевые и эффективные водородные топливные элементы. Фермент, извлеченный из бактерии исследователями из Университета Монаша в Австралии, также нечувствителен к кислороду, в отличие от всех других катализаторов окисления водорода, включая платину.
«Фермент гидрогеназы, называемый Huc, обладает таким высоким сродством к водороду, что способен окислять атмосферные концентрации водорода», — объясняет руководитель исследовательской группы. Крис Гриннинг. «Это контрастирует со всеми известными катализаторами окисления водорода, которые не могут потреблять водород на уровне окружающей среды».
Исследования группы Монаша по Гуку восходят к докторской диссертации Грининга примерно девять лет назад. Он и его коллеги изучали, как Микобактерии смегматис способен выжить в течение многих лет, не имея доступа к каким-либо источникам органических продуктов питания. Эта работа привела к удивительному открытию, вспоминает Грининг: бактерия на самом деле живет в воздухе. «Он поглощает атмосферный водород и использует его для аэробного дыхания».
Вездесущий источник энергии
Учитывая, что атмосферный водород является вездесущим, легко распространяемым и мощным источником энергии, он обеспечивает надежный спасательный круг для выживания многих бактерий, особенно в бедных питательными веществами средах, таких как антарктические почвы, вулканические кратеры и глубокие океанские глубины. Однако до сих пор исследователи не знали, как бактерии используют следовые количества водорода в воздухе.
В новой работе Грининг и его коллеги извлекли Huc из М. смегматис. Используя передовые методы микроскопии, такие как криоэлектронная микроскопия, для определения его атомной структуры и электрических путей, а также применяя электрохимию, они показали, что Huc превращает мельчайшие концентрации H2 газ в электрический ток с необычайной эффективностью, будучи нечувствительным к кислороду (который обычно действует как «яд» для катализаторов окисления водорода). Он делает это путем сопряженного окисления атмосферного H2 к гидрированию респираторного переносчика электронов менахинона с использованием узких гидрофобных газовых каналов для селективного связывания H2 за счет О2.
Huc также устойчив к нагреву и может нагреваться до 80 ° C, сохраняя при этом способность генерировать энергию. Это позволяет ему выживать в самых экстремальных условиях. Более того, бактерии, производящие такие ферменты, как Huc, широко распространены, а это означает, что исследователи имеют свободный доступ к устойчивому источнику фермента.
Улучшение переноса электронов в ферментативных топливных элементах
«На фундаментальном уровне мы открыли механизм, благодаря которому бактерии «живут в воздухе», — говорит Грининг. Мир физики. «Этот процесс чрезвычайно важен, потому что он регулирует уровень водорода в нашей атмосфере, а также помогает поддерживать продуктивность и разнообразие почв, океанов и даже некоторых экстремальных сред, таких как Антарктида».
По словам исследователей, подробно излагающих свое исследование в природа, существует большой потенциал для использования этого фермента в качестве основы для водородных топливных элементов. А учитывая, что фермент буквально собирает энергию из воздуха, он также может найти применение в пневматических устройствах, говорят они.
Сейчас команда занята увеличением производства Huc с количества миллиграммов до гораздо большего. «Это позволит нам еще глубже понять, как он работает, а также разработать его промышленное применение», — говорит Грининг.
- SEO-контент и PR-распределение. Получите усиление сегодня.
- Платоблокчейн. Интеллект метавселенной Web3. Расширение знаний. Доступ здесь.
- Источник: https://physicsworld.com/a/bacterial-enzyme-produces-energy-from-atmospheric-hydrogen/
