Закачивая протоны

Исследовательская группа из США при участии учёных из МФТИ собрала нанобиоконструкцию, которая производит водород из воды под действием света. Специалисты синтезировали нанодиски (круглые кусочки мембраны, состоящие из двойного слоя липидов) со встроенным светочувствительным белком и соединили их с частицами фотокатализатора - оксида титана TiO².

Как отметил руководитель лаборатории химии и физики липидов Центра исследований молекулярных механизмов старения и возрастных заболеваний МФТИ Владимир Чупин, российские лаборатории, которые занимаются мембранными белками и, в частности, нанодисками, в основном ориентированы на биофизические, медицинские проблемы. «Работа с нашими американскими коллегами показывает, что нанодиски можно использовать для выделения водородного топлива, если соединить биологические и технические материалы», - отметил он.

В Аргоннской национальной лаборатории учёные собрали наноконструкцию из TiO₂ и бактериородопсина, которые усиливают действие друг друга. Бактериородопсин - светочувствительный белок, находящийся в мембране некоторых бактерий. Одна часть белка выходит наружу клетки, а другая - внутрь. Под действием солнечного света бактериородопсин начинает перекачивать протоны из клетки в окружающую среду, обеспечивая производство энергии в бактериальной клетке в виде АТФ (см. рис.).

Для исследования мембранных белков в искусственных условиях используют различные мембраномоделирующие среды, в частности, нанодиски. Нанодиск - это кусочек мембраны, собранный из фосфолипидов и опоясанный двумя молекулами специального белка. Размер диска зависит от длины белковых ремней. Американские исследователи получили нанодиски диаметром 10 нм.

Нанодиски замешивали в водном растворе вместе с частицами TiO₂ и платиновыми вкраплениями для фотокатализа. Катализатор способствовал восстановлению переносимых белком протонов до водорода. Поскольку на восстановление нужно тратить электроны, учёные добавили в воду их источник - метиловый спирт. Водород выделялся в течение 2-3 ч.