Paliwo wodorowe z enzymów?

Paliwo wodorowe z enzymów?

Badacze z Beckman Institute for Advanced Science and Technology przy Uniwersytecie Illinois są na dobrej drodze do stworzenia nowego, efektywnego źródła wodoru potrzebnego do zastosowań jako paliwa wodorowego.

Tanim i wydajnym źródłem wodoru mogą okazać się specjalne enzymy występujące w wielu mikroorganizmach. Problemem jest jednak to, że produkowany przez enzymy wodór szybko łączy się tlenem, tworząc zwykła wodę. Prace naukowców skupiły się na zablokowaniu dostępu tlenu do systemu produkującego wodór z enzymów. Kolejną trudnością jest fakt, iż wodór w tej postaci łączy się z tlenem jeszcze zanim opuści strukturę enzymu.

Badacze przeprowadzili symulację komputerową, dzięki której dowiedzieli się jak i którędy przemieszczają się wodór i tlen, zanim „spotkają się” w specjalnym miejscu katalizy, w tzw. klastrze H. Tam dochodzi do połączenia się tych dwóch pierwiastków, przez co zamiast czystego, wysokoenergetycznego wodoru produkowana jest woda. Dzięki amerykańskim uczonym, problem ten może być rozwiązany.

Znanych jest wiele mikroorganizmów zawierających wspomniane enzymy, tzw. hydrogenazy, które w obecności światła słonecznego i wody wytwarzają energię opartą na wodorze.

Zrozumienie zasad działania tych enzymów pozwoli wykorzystać je jako innowacyjne źródło wodoru. Po analizach komputerowych, przeprowadzanych przy wykorzystaniu wyspecjalizowanych narzędzi, naukowcy będą mieli możliwość dokonania modyfikacji białek, po których zostanie obniżona aktywność chemiczna tlenu.

Dzięki analizom odkryto trasy i sposób przemieszczania się tlenu i wodoru w enzymach. Cząsteczka tlenu jest większa od cząsteczki wodoru, dlatego potrzebuje szerszych kanałów. Dodatkowo wodór jest lżejszy od tlenu, dlatego przemieszcza się bardziej swobodnie. Porusza się poprzez większość kanałów – tymi w których występuje tlen, ale także innymi, znacznie węższymi. Naukowcy doszli do wniosku, że zamykając poprzez modyfikację genetyczną szersze kanały, zamkną drogę cząsteczkom tlenu, jednocześnie nie zakłócając wydzielania wodoru.

Oprogramowanie jakie użyto do symulacji to NAMD – narzędzie do wydajnych symulacji dużych systemów biomolekularnych oraz VMD – program do trójwymiarowych wizualizacji molekularnych.