Un equipo de investigación de la Ruhr-Universität Bochum (RUB), junto con colegas de Lisboa, ha producido un electrodo semi-artificial que podría convertir la energía luminosa en otras formas de energía en las células biosolares. La técnica se basa en la proteína de fotosíntesis Photosystem I de cianobacterias. El grupo demostró que podían acoplar su sistema con una enzima que usaba la energía de la luz convertida para producir hidrógeno. Los resultados se publicaron en línea con antelación en octubre de 2020 en la revista. Angewandte Chemie .

Para el trabajo, el grupo RUB formado por Panpan Wang, Dr. Fangyuan Zhao, Dr. Julian Szczesny, Dr. Adrian Ruff, El Dr. Felipe Conzuelo y el profesor Wolfgang Schuhmann del Centro de Electroquímica colaboraron con el equipo formado por Anna Frank, El profesor Marc Nowaczyk y el profesor Matthias Rögner de la Cátedra de Bioquímica de Plantas, así como colegas de la Universidade Nova de Lisboa.

Peligro de cortocircuito

El fotosistema I es parte de la maquinaria de la fotosíntesis en cianobacterias y plantas. Con la ayuda de la energía luminosa, Puede separar cargas y así generar electrones de alta energía que pueden transferirse a otras moléculas, por ejemplo, a los protones para la producción de hidrógeno.

En un trabajo anterior, los científicos de Bochum ya habían utilizado el fotosistema I del complejo de proteínas recolectoras de luz para diseñar electrodos para células biosolares. Para este propósito, cubrieron un electrodo con una monocapa del fotosistema I. En tales monocapas, los fotosistemas no se apilan uno encima del otro, pero acostarse uno al lado del otro en el mismo plano. Fotosistema I, sin embargo, generalmente ocurre como un trímero, es decir, tres fotosistemas siempre están vinculados entre sí. Dado que los trimers no se pueden empaquetar muy juntos, aparecen agujeros en la monocapa, lo que puede provocar cortocircuitos. Esto perjudica el rendimiento del sistema. Fue precisamente este problema el que los científicos resolvieron en el presente trabajo.

Agujeros en la capa del fotosistema tapados

En la cianobacteria Thermosynechococcus elongatus, El fotosistema I existe principalmente como un trímero. Usando una nueva técnica de extracción, los investigadores pudieron aislar adicionalmente monómeros del organismo, creando una monocapa del fotosistema I en el electrodo en la que los monómeros llenaron los agujeros entre los trímeros. De este modo, redujeron los efectos de cortocircuito. El sistema logró densidades de corriente dos veces más altas que un sistema que consta solo de trímeros.

Para mostrar para qué podría utilizarse en principio la técnica, los científicos lo acoplaron a una enzima hidrogenasa que producía hidrógeno utilizando electrones proporcionados por el fotosistema. "El trabajo futuro se dirigirá hacia un acoplamiento aún más eficiente entre la monocapa del fotosistema y los biocatalizadores integrados para realizar biosistemas prácticos para la conversión de energía solar". "escriben los autores.