Поделиться
Создан "внеклеточный" биологический топливный элемент
Как сообщает Physorg, ученым из отдела энергетики Северо-Восточной Тихоокеанской национальной лаборатории, США, впервые удалось наблюдать биологический процесс передачи электронов вне клеток – в бесклеточной системе. Электрический ток был получен с помощью очищенных мембранных белков почвенных бактерий Shewanella oneidensis.
По мнению ученых, подобный принцип, основанный на использовании внеклеточных белковых систем, может стать прообразом будущих миниатюрных топливных элементов. Исследователям впервые удалось продемонстрировать возможность прямого переноса электронов минеральному компоненту с использованием очищенного белка.
Оказалось, что белки, относящиеся к ферментам наружных мембран класса цитохромов-А, образуют плотный покров на поверхности богатого железом минерала гематита. Железо служит акцептором потока электронов, продуцируемого ферментом цитохромом. Для металлобактерий (к которым относится Shewanella) этот процесс – аналог дыхания. Именно за счет него они приобретают энергию, необходимую для жизнедеятельности, и избавляются от токсичного избытка электронов в клетках.
Ученые разработали новый метод изолирования и очистки достаточных количеств мембранных цитохромов бактерий. В экспериментах белки получали энергию либо непосредственно в виде потока электронов, либо в форме природного источника – никотинамид динуклеотида.
Собственно процесс передачи электронов от белка минеральному акцептору регистрировали при помощи комбинации методов флюоресцентной корреляционной спектроскопии и конфокальной микроскопии. Метод позволяет получить изображение своеобразной «световой дорожки», интенсивность которой зависит от доступности гематита для приема потока электронов, испускаемых цитохромом. При использовании такого подхода свет излучается всего в течение нескольких секунд. Однако его яркость сопоставима с яркостью, которую могут обеспечить наиболее эффективные из существующих ныне биологических топливных элементов.
Преимущество «бесклеточных» топливных элементов над клеточными заключается в том, что на их основе в будущем могут быть созданы эффективные миниатюрные электронные устройства. Они не требуют объемных компонентов, которые служили бы субстратом для живых бактерий. «Энергетические» белки–ферменты могут быть нанесены непосредственно на электрод, что значительно экономит объем всего устройства.
Короткая ссылка
