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Das volle Potenzial der Untersuchungsalgen als leistungsfähige erneuerbare Energiequelle

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Blaualgen schauen möglicherweise in der Natur nicht bittend und vereinbaren auf der Oberfläche von Sümpfen und von anderen Gewässern. Aber sie könnte einer der Katalysatoren für das Entwickeln des Bioeconomy des 21. Jahrhunderts, einschließlich erneuerbare Energiequellen sein, die die Zukunft tanken.

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Die Algen, der alias Cyanobacteria, Gebrauchsphotosynthese, zum der Lichtenergie von der Sonne in die chemische Energie umzuwandeln benötigt für Wachstum und Funktion. Wissenschaftler an der Staat Michigan-Universität (MSU) lernen mehr über den fotosynthetischen Prozess von diesen reichlichen Organismen — mit einem Auge auf Leistungsfähigkeit.

Cheryl Kerfeld, John A. Hannah Distinguished Professor der strukturellen Biotechnik und des AgBioResearch-Wissenschaftlers und ihr Forscherteam haben einen Prozess studiert, durch den Cyanobacteria vor zu vielem Licht sich schützen.

„Ohne einen molekularen Mechanismus, überschüssige Lichtenergie, den Cyanobacteria wurde zu beschäftigen, braten Sie im Wesentlichen,“ sagt Kerfeld. „Sie müssen eine Weise haben, nur die Energie einzulassen, die sie benötigen, ohne ihre Systeme zu überbelasten.“

Cyanobacteria haben Antennen, die benutzt werden, um Lichtenergie gefangenzunehmen. Ein Protein im Cyanobacteria, bekannt als das orange Carotinoidprotein (OCP), Änderungen von der Orange an einer schützenden rötlichen Farbe, wenn ein Carotinoidpigment, das zum Protein befestigt wird, zu viel helles ermittelt. In diesem aktivierten Zustand die Proteinstecker in die Antennen des Cyanobacterias, dem Organismus helfend, überschüssige Lichtenergie als Hitze zu zerstreuen. Die Molekülstruktur des aktivierten Zustandes und die Ursache der Änderung des Proteins Farbwaren- vorher unbekannt.

Ein Papier, das in der Wissenschaft, geschrieben durch Kerfelds Gruppe mit führendem Autor und wissenschaftlichem Mitarbeiter Ryan Leverenz veröffentlicht wird, führt die Struktur der aktivierten Form des OCP einzeln auf und deckt eine unerwartete Bewegung des Carotinoids auf. Kerfelds Team — welches Leverenz und Mitführung Markus Sutter Autor, unter anderen MSU-Forschern, dem Kirilovsky-Labor in Frankreich und den Wissenschaftlern von Berkeley National Laboratory einschließt — ist das erste, zum dieses Verhaltens zu sehen. Vorher waren Carotinoide wahrscheinlich statisch und zu einem Proteingestell geregelt.

„Es hat gewusst, dass Carotinoide photoprotective Funktionen haben, aber das OCP ist in dem einzigartig, welches, das Carotinoid auch als Teil eines Schalters, der an und durch Licht abgestellt wird,“ Leverenz sagt benutzt wird. „Nun da wir die geschaltete "ON"-Form des Proteins strukturell sehen können, das wir waren, im Labor zu sehen, lernen wir mehr über, wie es an die Antennen des Cyanobacteria bindet und wie es hilft, Energie zu zerstreuen, nachdem es bindet. Sobald wir völlig lernen, wie dieser Prozess in der Natur durchgeführt wird, hoffen wir, die Prinzipien anzuwenden, um neue künstliche fotosynthetische Systeme zu entwerfen.“

Forscher haben bemerkt, dass, obwohl Cyanobacteria diesen einzigartigen Mechanismus für das Zerstreuen der überschüssigen Lichtenergie besitzen, sie nicht immer die Aufgabe auf die meiste effiziente Art durchführen. Die Energie vorzuspannen, die als Hitze verloren ist, ist in der Entwicklung von künstlichen fotosynthetischen Systemen als zuverlässige Energiequelle wichtig.

„Unsere Gruppe verbringt etwas von unserer Zeit in Kalifornien und einige in Michigan. Mit der Dürre in Kalifornien, sind Leute von tropfenden Hähnen sehr aufmerksam und ihr Gesamtwasserverbrauch,“ Kerfeld sagt. „In Michigan, gibt es viel des Wassers, also denken Leute nicht an es viel überhaupt. Es ist ein bisschen wie das mit Cyanobacteria. Sie werden so zum Haben soviel der Sonne benutzt, die sie nicht stören, über ihren photoprotective Prozess achtzugeben — sie schalten ihn ein und vergessen, ihn abzustellen. Wir möchten Cyanobacteria helfen, über photoprotection intelligenter zu sein und nicht von dieser Energie als Hitze soviel zu vergeuden. Dieses ist wichtig, damit Abänderungscyanobacteria ist Mikrobenzellfabriken.“

Cyanobacteria werden auch auf Entwicklungsfähigkeit als chemischer Vorläufer für Plastik, zusätzlich zu den Brennstoffen geprüft. Fast alle Vorläufer in der chemischen Industrie sind z.Z. Erdöl-ansässig, also sind Nachhaltigkeit und Umweltbelastungen Interessen. Das US-Energieministerium hat ein Ziel der Erzeugung von 25 Prozent industriellen Chemikalien von den biologischen Prozessen bis 2025 eingestellt. Das Verbessern der Leistungsfähigkeit der Fotosynthese im Cyanobacteria kann die Erträge und Adreßfragen erhöhen, die seinen Gebrauch als praktische Lösung auf Energieherausforderungen umgeben.

„Es gibt großes Potenzial, wenn man Cyanobacteria als Weise, den komplexen Prozess der Fotosynthese zu verstehen verwendet,“ sagt Kerfeld. „Wir müssen besser verstehen, wie Fotosynthese in der Natur durchgeführt wird und wie die zu den realistischen Anwendungen, von den Perspektiven der Biologie, der Physik und der Chemie übersetzt. So müssen wir fortfahren, als multidisziplinäre Teams zusammenzuarbeiten, um diese Forschung nach vorn zu drücken. Unser Team ist wirklich aufgeregt über, was wir bis jetzt gesehen haben, aber wir wissen, dass es viel noch gibt getan zu werden Arbeit.“

Finanzierung für das Projekt ist von der Ausstattung Kerfelds von Position, von MSU-DOE Betriebsforschungs-Labor und von MSU AgBioResearch, mit zusätzlicher Finanzierung vom Kirilovsky-Labor in Frankreich und in Berkeley National Laboratory versehen worden.