إنزيم مكتشف حديثًا يحول الهواء إلى كهرباء ، ويوفر مصدرًا نظيفًا جديدًا للطاقة
https://phys.org/news/2023-03-newly-enz ... ource.html8 مارس 2023
اكتشف علماء أستراليون إنزيمًا يحول الهواء إلى طاقة. يكشف الاكتشاف ، الذي نُشر اليوم في مجلة Nature ، أن هذا الإنزيم يستخدم كميات قليلة من الهيدروجين في الغلاف الجوي لتوليد تيار كهربائي. يفتح هذا الاكتشاف الطريق لإنشاء أجهزة تنتج الطاقة حرفيًا من الهواء الرقيق.
فريق البحث بقيادة الدكتور ريس غرينتر ، دكتوراه. أنتج الطالب آشلي كروب ، والبروفيسور كريس غريننغ من معهد اكتشاف الطب الحيوي بجامعة موناش في ملبورن ، أستراليا ، وقاموا بتحليل إنزيم مستهلك للهيدروجين من بكتيريا التربة الشائعة.
أظهر العمل الأخير الذي قام به الفريق أن العديد من البكتيريا تستخدم الهيدروجين من الغلاف الجوي كمصدر للطاقة في البيئات الفقيرة بالمغذيات. قال البروفيسور غريننغ: "لقد عرفنا منذ بعض الوقت أن البكتيريا يمكنها استخدام أثر الهيدروجين الموجود في الهواء كمصدر للطاقة لمساعدتها على النمو والبقاء على قيد الحياة ، بما في ذلك في تربة أنتاركتيكا ، والحفر البركانية ، وأعماق المحيط". "لكننا لم نكن نعرف كيف فعلوا ذلك ، حتى الآن".
في ورقة Nature هذه ، استخرج الباحثون الإنزيم المسؤول عن استخدام الهيدروجين الجوي من بكتيريا تسمى Mycobacterium smegmatis. أظهروا أن هذا الإنزيم ، المسمى Huc ، يحول غاز الهيدروجين إلى تيار كهربائي . يلاحظ الدكتور غرينتر أن "Huc فعال بشكل غير عادي. على عكس جميع الإنزيمات والمحفزات الكيميائية المعروفة الأخرى ، فإنه يستهلك الهيدروجين أقل من مستويات الغلاف الجوي - أقل من 0.00005٪ من الهواء الذي نتنفسه."
استخدم الباحثون العديد من الأساليب المتطورة للكشف عن المخطط الجزيئي لأكسدة الهيدروجين في الغلاف الجوي. لقد استخدموا الفحص المجهري المتقدم (cryo-EM) لتحديد هيكلها الذري ومساراتها الكهربائية ، ودفعوا الحدود لإنتاج بنية الإنزيم الأكثر حلًا التي أبلغت عنها هذه الطريقة حتى الآن. استخدموا أيضًا تقنية تسمى الكيمياء الكهربائية لإثبات أن الإنزيم المنقى ينتج الكهرباء بتركيزات الهيدروجين الدقيقة.
يُظهر العمل المخبري الذي قام به Kropp أنه من الممكن تخزين Huc المنقى لفترات طويلة. وقال كروب "إنه مستقر بشكل مذهل. من الممكن تجميد الإنزيم أو تسخينه إلى 80 درجة مئوية ، ويحتفظ بقدرته على توليد الطاقة". "هذا يعكس أن هذا الإنزيم يساعد البكتيريا على البقاء في أكثر البيئات قسوة."
Huc هي "بطارية طبيعية" تنتج تيارًا كهربائيًا مستدامًا من الهواء أو هيدروجينًا مضافًا. بينما لا يزال هذا البحث في مرحلة مبكرة ، فإن اكتشاف Huc لديه إمكانات كبيرة لتطوير أجهزة صغيرة تعمل بالطاقة ، على سبيل المثال كبديل للأجهزة التي تعمل بالطاقة الشمسية.
البكتيريا التي تنتج إنزيمات مثل Huc شائعة ويمكن زراعتها بكميات كبيرة ، مما يعني أنه يمكننا الوصول إلى مصدر مستدام للإنزيم . يقول الدكتور غرينتر إن الهدف الرئيسي للعمل المستقبلي هو زيادة إنتاج Huc. "بمجرد أن ننتج Huc بكميات كافية ، تصبح السماء حرفياً هي الحد الأقصى لاستخدامه لإنتاج طاقة نظيفة ."