高效的能源生产者

高效的能源生产者

藻类不仅仅能被用于制作寿司。光合生物技术团队的研究结果表明,绿藻能够产氢,激发团队特别的研究兴趣。

光合生物技术团队的研究领域

鲁尔区太阳能生物产业项目的共同发起人,Thomas Happe教授和他的20人科学家团队共同致力于解决光合微生物的生物化学,遗传学和生物技术方面的基本科学问题。酶和微藻不同生理代谢的相互作用是该团队研究的主要目标。

酶是蛋白质,在生物体的代谢途径中起重要作用。这些生物催化剂管理、控制和加速化学反应,例如人和动物的消化作用或植物的光合作用。作为人体免疫系统的一部分,许多酶还保护机体免受各种病原体的侵害。

生物技术学科在不同的研究领域中研究利用酶的特性。一个著名的例子是奶酪的生产。通过生物技术,凝乳酶被用于促进牛奶的凝结。在洗涤剂中酶得到了充分的利用。生物催化剂如淀粉酶,蛋白酶和脂肪酶确保衣物洗涤过程中即使在低温下也能去除淀粉,蛋白质和油脂。

光合生物技术团队对不同的酶感兴趣。本团队专注于高价值产品和氢气的生产。尤其是绿藻莱茵衣藻的产氢酶对科学家来说是一个非常有趣和有前途的研究领域。

氢的优点及其通过微藻的生产

氢(化学:H2)作为能源是有优势的,因为它不产生温室气体。 氢的燃烧只会产生水。 此外,相较于氢生产的常规方法,例如电解,使用诸如原油,天然气和煤等化石资源,利用微藻产氢气对气候也有益,因为藻类是一种可再生资源,此外,藻类吸收对气候有害的气体二氧化碳(化学式:CO2 )以促进其生长。 因此,通过藻类生产H2作为生物燃料是一箭双雕的选择。 由于藻类可以在咸水,微咸水和淡水中生长,也可以在露天池塘和封闭的生物反应器中生长,因此它们不会与农作物竞争种植的土地。 对于藻类的培养,可以使用无法进行常规农业耕作的区域,例如沙漠。

来自微藻的氢

早在1930年底,科学家就已经发现,在一定条件下,绿藻能够产生氢气。 光合生物技术团队充分利用了这一研究成果。 通过半人工叶绿体,优质藻类菌株的开发和其他创新研究思路,由Thomas Happe教授领导的团队已经能够提高氢气产量。 在众多科学出版物中,该小组阐述了其生物基础研究的成果和成果。

已发表的文章

Winkler M, Senger M, Duan J, Esselborn J, Wittkamp F, Hofmann E, Apfel UP, Stripp ST, Happe T (2017): Accumulating the hydride state in the catalytic cycle of [FeFe]-hydrogenases. Nat Commun 8:16115.  doi: 10.1038/NCOMMS16115

Pandey K, Islam ST, Happe T, Armstrong FA (2017): Frequency and potential dependence of reversible electrocatalytic hydrogen interconversion by [FeFe]-hydrogenases. Proc Natl Acad Sci USA 114(15):3843-3848.  doi: 10.1073/pnas.1619961114

Sawyer A, Bai Y, Lu Y, Hemschemeier A, Happe T (2017): Compartmentalisation of [FeFe]-hydrogenase maturation in Chlamydomonas reinhardtii. Plant J 90:1134-1143.  doi: 10.1111/tpj.13535

Adam D, Bösche L, Castaneda-Losada L, Winkler M, Apfel UP, Happe T (2016): Sunlight dependent hydrogen production by photosensitizer/hydrogenase systems. ChemSusChem 10(5):894-902.  doi: 10.1002/cssc.201601523

Megarity CF, Esselborn J, Hexter SV, Wittkamp F, Apfel UP, Happe T, Armstrong FA(2016): Electrochemical investigations of the mechanism of assembly of the active-site H-cluster of [FeFe]-hydrogenases. J Am Chem Soc 138(46):15227-15233.  doi: 10.1021/jacs.6b09366

Noth J, Esselborn J, Güldenhaupt J, Brünje A, Sawyer A, Apfel UP, Gerwert K, Hofmann E, Winkler M, Happe T (2016): [FeFe]-Hydrogenase with chalcogenide substitutions at the H-cluster maintains full H2 evolution activity. Angew Chem Int Ed Engl 55:8396-8400.  doi: 10.1002/anie.201511896

Esselborn J, Muraki N, Klein K, Engelbrecht V, Metzler-Nolte N, Apfel UP, Hofmann E, Kurisu G, Happe T(2016): A structural view of synthetic cofactor integration into [FeFe]-hydrogenases. Chem Sci 7:959-968.  doi: 10.1039/C5SC03397G

Rumpel S, Siebel JF , Farès C, Duan J, Reijerse E, Happe T, Lubitz W, Winkler M(2014): Enhancing hydrogen production of microalgae by redirecting electrons from photosystem I to Hydrogenase. Energy Environ Sci 7:3296-3301.  doi:10.1039/C4EE01444h

Esselborn J, Lambertz C, Adamska-Venkatesh A, Simmons T, Berggren G, Noth J, Siebel J, Hemschemeier A, Artero V, Reijerse E, Fontecave M, Lubitz W, Happe T(2013): Spontaneous activation of [FeFe]-hydrogenases by an inorganic [2Fe] active site mimic. Nature Chem Biol 9(10):607-9.  doi:10.1038/nchembio.1311

Berggren G, Adamska A, Lambertz C, Simmons TR, Esselborn J, Atta M, Gambarelli S, Mouesca JM, Reijerse E, Lubitz W, Happe T, Artero V, Fontecave M(2013): Biomimetic assembly and activation of [FeFe]-hydrogenases. Nature 499(7456):66-9.  doi:10.1038/nature12239

Hemschemeier A, Düner M, Casero D, Merchant SS, Winkler M, Happe T(2013): Hypoxic survival requires a 2-on-2 hemoglobin in a process involving nitric oxide. Proc Natl Acad Sci U S A 110(26):10854-9.  doi:10.1073/pnas.1302592110

更多出版物:
光合生物技术课题组

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