Біохімічні та молекулярні аспекти фотопродукування водню

Abstract

Водень є екологічно безпечним та економічно вигідним видом палива. Вважається перспективною здатність деяких фотосинтезуючих організмів, особливо ціанобактерій та мікроводоростей, перетворювати сонячну енергію на водень. В основі цієї здатності лежить процес фотосинтезу. За анаеробних умов організми-продуценти здатні переключати метаболізм із фотоавтотрофного продукування кисню на фотогетеротрофний шлях продукування водню. Одноклітинна зелена водорость Chlamydomonas reinhardtii вважається найбільш перспективним продуцентом водню через ряд переваг. Найшвидшим і економічно виправданим способом досягнення анаеробіозу для неї є переведення культури водорості на безсіркове середовище. При цьому в клітині мікроводорості переривається світлова фаза фотосинтезу внаслідок пошкодження білка D1 другої фотосистеми. Після встановлення повного анаеробіозу активується робота фередоксин-залежних гідрогеназ, які є надзвичайно чутливими навіть до найменшої кількості кисню. Через велику кількість регуляторних ділянок та метаболічних відгалужень процес світлозалежного біопродукування водню є складним і потребує подальшого вивчення.

Hydrogen is environmentally safe and economically profitable alternative type of fuel. The ability of some photosynthetic organisms, especially cyanobacteria and microalgae to convert the sun energy into hydrogen is considered as perspective. Process of their photosynthesis is the basis of this ability. Under anaerobic conditions, producers are able to shift metabolism of photoautotrophic oxygen pro duction to one of photoheterotrophic hydrogen production. Unicellular green alga Chlamydomonas reinhardtii is considered to be the most perspective hydrogen producer due to some advantages. Sul fur deprivation is the high-speed and economically sound method for development of anaerobiosis in it. As a result of D1 protein degradation in photosytem II, the light phase of photosynthesis is in terrupted in the cell of microalgae. Following the full anaerobiosis establishment the algal ferredox in-dependent hydrogenases, which are extraordinarily sensible even to the least amount of oxygen, are activated. The process of the light-dependent hydrogen bioproduction is very intricate and re quires further study because of the great number of regulator sites and metabolic offshoots.

Водород является экологически безопасным и экономически выгодным видом топлива. Считается перспективной способность некоторых фотосинтезирующих организмов, особенно цианобактерий и микроводорослей, превращать солнечную энергию в водород. В основе этой способности лежит процесс фотосинтеза. При анаэробных условиях организмы-продуценты способны переключать метаболизм с фотоавтотрофного продуцирования кислорода на фотогетеротрофный путь продуцирования водорода. Одноклеточная зеленая водоросль Chlamydomonas reinhardtii считается наиболее перспективным продуцентом водорода в связи с рядом преимуществ. Самым быстрым и экономически оправданным для нее способом достижения анаэробиоза является перевод культуры водоросли на среду без серы. При этом в клетке микроводоросли прерывается световая фаза фотосинтеза в результате повреждения белка D1 второй фотосистемы. После установления полного анаэробиоза активируется работа фередоксин-зависимых гидрогеназ, которые являются чрезвычайно чувствительными даже к минимальному количеству кислорода. Из-за большого количества регуляторных участков и метаболических ответвлений процесс светозависимого биопродуцирования водорода является сложным и требует дальнейшего изучения.