Yeni Nesil Sentetik Solar Yakıt Katalizörleri: Süperstar Enzim Yakın Çekime Hazır
Yale liderliğindeki bir kimyager ekibi, yeni nesil sentetik güneş yakıtı katalizörlerinin tasarım ilkelerini içerebilecek bir anahtar enzimin planlarını açıkladı.
Yale’den Gary Brudvig ve Christopher Gisriel tarafından yürütülen araştırma, suyu güneş yakıtı olarak kullanan fotosentezdeki enzim olan Fotosistem II’nin son derece yakın bir resmini elde etmek için Synechocystis adlı bir mikroorganizma üzerinde kriyo-elektron mikroskobu kullanıyor ve araştırmacıların gözlem yapmasını sağlıyor.
Proceedings of the National Academy of Sciences dergisinde yer alan çalışma, California-Riverside Üniversitesi, Boston College ve City University of New York’tan araştırmacılar tarafından ortaklaşa kaleme alındı.
Fotosentez, bitkilerin ve Synechocystis gibi bazı mikroorganizmaların, karbondioksit ve sudan gıda sentezlemek için güneş ışığını kullandığı ve bir yan ürün olarak atmosferi oksijenle doldurduğu mekanizmadır. Fotosentezin merkezinde, su moleküllerini oksitleyen ve elektronlarını yakıt olarak kullanmak üzere alan bir enzim olan Fotosistem II bulunur.
Bilim insanları, Synechocystis’ten Photosystem II’yi inceleyerek daha verimli güneş yakıtı katalizörleri oluşturmak için bu süreci taklit etmenin yollarını uzun zamandır aradılar. Ancak Fotosistem II’nin Synechocystis’teki moleküler yapısının net bir resmi olmadan, bilim insanlarının deneylerinin sonuçlarını anlamaları zor oldu.
Yale liderliğindeki önceki çalışma, Synechocystis’ten Fotosistem II’nin , enzim su oksidasyonunu gerçekleştirmeden önce, “olgunlaşmamış” bir aşamada bir anlık görüntüsünü oluşturdu. Bu çalışma, araştırmacıların enzimin nasıl yapıldığını daha iyi anlamalarını sağladı.
Yeni çalışmada, araştırmacılar Synechocystis’teki enzimi, su oksidasyonu sırasında mevcut olan tüm protein alt birimleri ve aktivitesi ile olgun, aktif formunda görebildiler. Yale’nin Batı Kampüsü’ndeki kriyo-elektron mikroskobu teknolojisi ile mümkün olan gözlem, Synechocystis’teki Fotosistem II için şimdiye kadar yapılmış en yakın, en ayrıntılı görünümlerden birini sunuyor.
Benjamin Silliman Fen Edebiyat Fakültesi Kimya Profesörü ve direktör Brudvig, “ Bu çözünürlükte, suyun oksidasyon mekanizmasında kullanılan amino asitleri, küçük moleküllü kofaktörleri ve su moleküllerini görebiliyoruz” dedi. Yale Batı Kampüsü’ndeki Enerji Bilimleri Enstitüsü’nden Dr. Brudvig, çalışmanın ilgili yazarıdır.
Brudvig, “Bazı durumlarda, bireysel protonların katkısını bile görebiliriz” diye ekledi.
Synechocystis’ten Fotosistem II’nin bu yeni, yakından görünümü ile araştırmacılar, enzime küçük değişiklikler uygulayabileceklerini söylüyorlar — örneğin ayrı amino asitleri mutasyona uğratmak — bu değişikliklerin enzimin işlevini etkileyip etkilemediğini gözlemlemek için.
Kimya alanında doktora sonrası bir ortak ve çalışmanın ilk yazarı olan Gisriel, “Ana hedef, su oksidasyonunun kimyasını anlamaktır” dedi. “Burada yaptığımız şey, sentetik güneş yakıtı katalizörleri için tasarım ilkeleri sağlayarak sistemin yapısını bozabileceğimiz bir platform sağlıyor.”
Kaynak:
