Un percorso di reazione chimica centrale per la biologia vegetale è stato adattato per formare la spina dorsale di un nuovo processo che converte l'acqua in idrogeno utilizzando l'energia del sole.

In un recente studio dell'Argonne National Laboratory del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti (DOE), gli scienziati hanno combinato due complessi proteici legati alla membrana per eseguire una conversione completa delle molecole d'acqua in idrogeno e ossigeno.

Il lavoro si basa su uno studio precedente che ha esaminato uno di questi complessi proteici, chiamato Fotosistema I, una proteina di membrana che può utilizzare l'energia della luce per alimentare gli elettroni a un catalizzatore inorganico che produce idrogeno. Questa parte della reazione, però, rappresenta solo la metà del processo complessivo necessario per la generazione di idrogeno.

Usando un secondo complesso proteico che usa l'energia della luce per dividere l'acqua e prendere elettroni da essa, chiamato Fotosistema II, La chimica di Argonne Lisa Utschig e i suoi colleghi sono stati in grado di prelevare elettroni dall'acqua e alimentarli a Photosystem I.

"La bellezza di questo design sta nella sua semplicità:puoi autoassemblare il catalizzatore con la membrana naturale per creare la chimica che desideri"—Lisa Utschig, Argonne chimico

In un precedente esperimento, i ricercatori hanno fornito a Photosystem I gli elettroni di un donatore di elettroni sacrificale. "Il trucco era come portare due elettroni al catalizzatore in rapida successione, "Ha detto Utschig.

I due complessi proteici sono incorporati nelle membrane tilacoidi, come quelli che si trovano all'interno dei cloroplasti che creano ossigeno nelle piante superiori. "La membrana, che abbiamo preso direttamente dalla natura, è fondamentale per accoppiare i due fotosistemi, " Ha detto Utschig. "Supporta strutturalmente entrambi contemporaneamente e fornisce un percorso diretto per il trasferimento di elettroni interproteici, ma non impedisce il legame del catalizzatore a Photosystem I."

Secondo Utschig, lo schema Z - che è il nome tecnico della catena di trasporto degli elettroni innescata dalla luce della fotosintesi naturale che si verifica nella membrana tilacoide - e il catalizzatore sintetico si uniscono in modo abbastanza elegante. "La bellezza di questo design è nella sua semplicità:puoi autoassemblare il catalizzatore con la membrana naturale per ottenere la chimica che desideri, " lei disse.

Un ulteriore miglioramento ha comportato la sostituzione di catalizzatori contenenti cobalto o nichel per il costoso catalizzatore al platino che era stato utilizzato nello studio precedente. I nuovi catalizzatori al cobalto o al nichel potrebbero ridurre drasticamente i potenziali costi.

Il prossimo passo per la ricerca, secondo Utschig, comporta l'incorporazione dello schema Z legato alla membrana in un sistema vivente. "Una volta che abbiamo un in vivo sistema - quello in cui il processo sta avvenendo in un organismo vivente - saremo davvero in grado di vedere la gomma colpire la strada in termini di produzione di idrogeno, " lei disse.