Учени откриха ензим, който може да превърне въздух в електричество

Има бактерия, свързана с причинителя на туберкулозата, която е в състояние да преобразува водорода от въздуха в електричество и наскоро учените успяха да разберат как точно прави това.

За откритието разказва подробно Бен Търнър в Live Science. Статията е разпространена и от inosmi.ru. Ето подробностите:

Учените, изучаващи един "роднина" на бактерията, причиняваща туберкулоза и проказа, откриха ензим, който превръща водорода в електричество. Те вярват, че откритието им може да се използва за разработване на нов метод за получаване на чиста енергия, буквално от въздуха.

Бактерията Mycobacterium smegmatis използва ензим, наречен Huc, за да получи енергия от водорода във въздуха и тази способност й позволява да оцелее в екстремни, бедни на хранителни вещества среди.

Учените твърдят, че чрез откриването и изучаването на този ензим са открили нов източник на чиста енергия, който може да се използва за захранване на различни малки преносими устройства. Те публикуваха резултатите от изследването си в списание Nature на 8 март.

„Ние вярваме, че ензимният източник на енергия Huc може да захранва набор от малки преносими устройства, включително биометрични сензори, устройства за мониторинг на околната среда, цифрови часовници, калкулатори и дори прости компютри“, каза Рис, водещ автор на изследването, пред Live Science. Гринтер (Рис Гринтер), микробиолог от университета Монаш в Австралия.

„Ако осигурите на ензима Huc по-концентриран водород, той ще произведе повече електрически ток", обясни той. „Това означава, че ензимът Huc може да се използва в горивни клетки за захранване на по-сложни устройства като смарт часовници или смартфони, по-сложни преносими компютри и може би дори автомобили."

Mycobacterium smegmatis е непатогенна, бързо растяща бактерия, която често се използва в лаборатории за изследване на структурата на клетъчната стена на своя близък роднина Mycobacterium tuberculosis, който причинява туберкулоза. Често срещан в почвите по целия свят, Mycobacterium smegmatis отдавна е известно, че превръща пренасяния във въздуха водород в енергия. Изследователите обясниха, че благодарение на тази способност бактерията може да оцелее в най-суровите условия, включително антарктически почви, вулканични кратери и океански дълбини, където има много малко друго "гориво".

Досега обаче учените не знаеха как точно тя прави това.

За да изследват химията зад тази невероятна способност, учените първо изолират ензима Huc с помощта на хроматография, техника, която разделя компонентите на смес. След това те изследват атомната структура на ензима с помощта на криоелектронна микроскопия, техника, която спечели на създателите си Нобеловата награда за химия през 2017 г. Изстрелвайки електрони в замразена проба Huc, изследователите начертаха атомната структура на ензима и електрическите пътища, по които той насочва електроните, за да образуват ток.

Учените установили, че в центъра на Huc има структура - така нареченото активно място - което съдържа заредени йони на никел и желязо. Веднага щом молекулите на водорода (състоящи се от два протона и два електрона) навлязат в активния център, те се улавят между йони на никел и желязо и губят своите електрони. След това ензимът изпраща тези електрони по "проводящите пътища", което води до електрически ток.

„Ензимът Huc (особено никелови йони) абсорбира електрони и ги транспортира до повърхността (чрез молекулярна нишка, образувана от клъстери от железни и серни йони)“, обясни Гринтер. „Ако поставим Huc върху електрод, електроните могат да навлязат в електрическата верига от повърхностния ензим и по този начин генерира електрически ток."

Допълнителни експерименти показаха, че изолираният ензим Huc може да се съхранява дълго време, че може да издържи на замръзване и нагряване до 80 градуса по Целзий и че може да консумира водород в концентрации до 0,00005% от концентрацията във въздуха, който ние дишаме. Тези свойства, заедно с повсеместното разпространение на бактерията Mycobacterium smegmatis, биха могли да направят този ензим идеален кандидат за източник на чиста енергия в органичните батерии, казват учените.

"Ензимът Huc е в състояние да генерира енергия от водорода във въздуха, който е неограничен", обясни Гринтер. "Количеството електричество, което може да се генерира от водород при ниски концентрации, ще бъде доста скромно. "но все още малко количество енергия. Ензимът Huc може да се използва и в горивни клетки, където ще е необходима по-висока концентрация на водород."