Біотехнологія безклітинні системи - мембрани хлоропластів
Безклітинні системи у біотехнології
Мембрани хлоропластів
Американський вчений М. Кальвін, чиї дослідження в галузі вивчення механізму фотосинтезу були відзначені Нобелівською премією, в 1972 висунув ідею створення фотоелемента, в якому як джерело електричного струму служили мембрани хлоропластів. Основний компонент таких мембран - хлорофіл, здатний при освітленні віддавати та приймати електрони. Як провідник, що контактує з хлорофілом, Кальвін використовував оксид цинку. Мембрани, що містять хлорофіл, поміщали у розчин ферментів, що діють як каталізатори ЕТЦ. На світлі відбувається фотоліз води: Н2О → Н2+1/2 О2. При освітленні цієї системи у ній також виникав електричний струм густиною 0,1 мкА на см 2 . Такий фотоелемент функціонував недовго, оскільки хлорофіл незабаром втрачав здатність віддавати електрони. Для того, щоб продовжити час дії фотоелемента, використано додаткове джерело електронів - гідрохінон. У такій системі хлорофіл віддавав не лише свої електрони, а й електрони гідрохінону. Отриманий таким чином фотоелемент площею 10 м 2 може мати потужність 1 кВт.
Японський вчений Фудзіо Такахасі для отримання електроенергії використовував хлоропласти з листя салату. Транзисторний приймач, до якого було приєднано таку сонячну батарею, успішно працював.
Якщо з системи прибрати провідник та індукувати утворення водню та кисню, то система може бути також прототипом фотореактора, за допомогою якого енергія Сонця запасається в цінному паливі - водні.
Переваги системи:
- наявність надлишку субстрату - води,
- джерело енергії, що не лімітується - Сонце,
- продукт (водень) можназберігати, не забруднюючи атмосферу,
- продукт має високу теплотворну здатність (29 ккал/г) порівняно з вуглеводнями (3,5 ккал/г),
- процес протікає при нормальній температурі без утворення проміжних токсичних речовин,
- процес циклічний, оскільки за окисленні продукту утворюється субстрат - вода.
Мембрани хлоропластів можна іммобілізувати, закріплюючи в гелі.