Yapay fotosentezde çığır açan buluş: Araştırmacılar hibrit katı katalizörler üretiyor

Tokyo Tech’teki araştırmacılar, hücre içi mühendisliğin, ümit verici katalitik özelliklere sahip fonksiyonel protein kristalleri oluşturmanın etkili bir yolu olduğunu gösterdi. Araştırmacılar, genetiği değiştirilmiş bakterileri yeşil bir sentez platformu olarak kullanarak, sentetik ürünler için hibrit katı katalizörler ürettiler. Fotosentez. Bu katalizörler yüksek aktivite, stabilite ve dayanıklılık göstererek önerilen yenilikçi yaklaşımın potansiyelini vurgulamaktadır.

Protein kristalleri, sıradan kristaller gibi, çeşitli özelliklere ve muazzam kişiselleştirme potansiyeline sahip, iyi organize edilmiş moleküler yapılardır. Hücrelerde bulunan malzemelerden doğal olarak sentezlenebilirler; bu yalnızca sentez maliyetlerini önemli ölçüde azaltmakla kalmaz, aynı zamanda çevresel etkilerini de azaltır.

Protein kristalleri çeşitli fonksiyonel molekülleri barındırabildikleri için gelecek vaat eden katalizörler olmasına rağmen, mevcut teknikler yalnızca küçük moleküllerin ve basit proteinlerin bağlanmasına izin vermektedir. Bu nedenle, enzim immobilizasyonu için tüm potansiyellerini kullanmak üzere hem doğal enzimleri hem de sentetik fonksiyonel molekülleri taşıyan protein kristalleri üretmenin yollarını bulmak gereklidir.

Bu arka plana karşı, Profesör Takafumi Ueno liderliğindeki Tokyo Teknoloji Enstitüsü’nden (Tokyo Tech) bir araştırmacı ekibi, protein kristallerine dayalı hibrit katı hal katalizörleri üretmek için yenilikçi bir strateji geliştirdi. ‘de yayınlanan makalelerinde açıklandığı gibi Nano mesajlar 12 Temmuz 2023 Yaklaşımları hücre içi ve basit mühendisliği birleştiriyor laboratuvarda Yapay fotosentez için katalizör üretme işlemi.

Araştırmanın illüstrasyonu. Görüntü kaynağı: Profesör Takafumi Ueno, Tokyo Teknoloji Enstitüsü

Hibrit katalizörün yapı taşı A’dan türetilmiş bir protein monomeridir. virüs Hangisi etkileniyor Bombyx mori ipek böceği. Araştırmacılar bu proteini kodlayan geni yerleştirdiler Escherichia coli Üretilen monomerlerin trimerler oluşturduğu bakteriler, bunlar da N-terminal alfa sarmalı (H1) yoluyla birbirine bağlanarak kendiliğinden stabil çokyüzlü kristallere (PhC’ler) dönüşür. Ek olarak araştırmacılar, A’dan format dehidrojenaz (FDH) geninin değiştirilmiş bir versiyonunu tanıttı. Sınıflandırmak Maya koli bakterisi Genetik şifre. Bu gen, bakterilerin H1 terminalli FDH enzimleri üretmesine neden olarak hücrelerin içinde H1-FDH@PhC hibrit kristallerinin oluşumuna yol açtı.

Ekip hibrit kristalleri çıkardı. koli bakterisi Sonikasyon, gradyan santrifüjleme ve eozin Y (EY) adı verilen sentetik bir ışığa duyarlılaştırıcı içeren bir çözeltiye batırma yoluyla bakteriler. Sonuç olarak, merkezi kanalları eozin Y molekülünü barındırabilecek şekilde genetik olarak değiştirilmiş protein monomerleri, EY’nin hibrit kristale toplu olarak stabil bağlanmasını kolaylaştırdı.

Bu ustaca süreç sayesinde ekip, karbondioksiti (CO) dönüştürebilen son derece aktif, geri dönüştürülebilir ve termal olarak kararlı EY·H1-FDH@PhC katalizörleri üretmeyi başardı.₂) biçimlendirmek için (HCOO^–) ışığa maruz kaldığında fotosentez sürecini simüle eder. Ayrıca serbest enzimle karşılaştırıldığında immobilizasyon sonrasında katalitik aktivitelerinin %94,4’ünü korudular. Profesör Ueno, “Önerilen hibrit kristalin dönüşüm verimliliği, FDH’ye dayalı enzimatik yapay fotosentez için daha önce bildirilen bileşiklerden çok daha yüksekti” diye vurguladı. “Ayrıca hibrit PHC, her ikisini de taşıdıktan sonra katı protein toplama durumunda kaldı in vivo Ve laboratuvarda kapsüllenmiş iskeleler olarak PHC’lerin olağanüstü kristalleşme yeteneğini ve güçlü plastisitesini gösteren mühendislik süreçleri.

Genel olarak bu çalışma, karmaşık fonksiyonel malzemelerin sentezini kolaylaştırmada biyomühendisliğin potansiyelini ortaya koymaktadır. “Kombinasyonu in vivo Ve laboratuvarda Protein kristal kapsülleme teknolojilerinin nanomalzemeler ve yapay fotosentez alanlarındaki araştırmalar için etkili ve çevre dostu bir strateji sağlaması muhtemeldir” diye bitiriyor Profesör Ueno.

Bu çabaların bizi daha yeşil bir geleceğe götüreceğini kesinlikle umuyoruz!

Referans: Tezeng Pan, Basudev Mighty, Satoshi Abe, Taiki Morita ve Takafumi Ueno tarafından yazılan “Yapay Fotosentez için Hücre İçi Protein Kristallerinin Hibrit Katı Katalizörlere Dönüştürülmesi”, 12 Temmuz 2023, Nano mesajlar.
doi: 10.1021/acs.nanolett.3c02355