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La pleine capacité des algues de investigation comme source d'énergie renouvelable efficace

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Les algues bleu-vert peuvent sembler désagréables en nature, arrangeant sur la surface des marais et d'autres eaux superficielles. Mais il pourrait être l'un des catalyseurs pour développer le bioeconomy du 21ème siècle, y compris les sources d'énergie renouvelables qui alimentent l'avenir.

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Les algues, également connues sous le nom de cyanobacteria, photosynthèse d'utilisation pour convertir l'énergie de la lumière du soleil en énergie chimique requise pour la croissance et la fonction. Les scientifiques à l'université de l'Etat d'État du Michigan (MSU) apprennent plus au sujet du processus photosynthétique de ces organismes abondants — avec un oeil sur l'efficacité.

Cheryl Kerfeld, John A. Hannah Distinguished Professor de la bio-ingénierie structurelle et un scientifique d'AgBioResearch, et son équipe de chercheurs avaient étudié un processus par lequel cyanobacteria se protéger contre trop de lumière.

« Sans mécanisme moléculaire traiter l'énergie de la lumière excédentaire, le cyanobacteria, essentiellement, faites frire, » Kerfeld dit. « Ils doivent avoir une manière de rentrer seulement l'énergie qu'ils ont besoin sans surcharger leurs systèmes. »

Le Cyanobacteria ont des antennes qui sont utilisées pour capturer l'énergie de la lumière. Une protéine dans le cyanobacteria, connu sous le nom de protéine orange de carotenoïde (OCP), changements d'orange à une couleur rougeâtre protectrice quand un colorant de carotenoïde attaché à la protéine détecte trop léger. Dans cet état activé, les brancher de protéine aux antennes du cyanobacteria, aidant l'organisme pour absorber l'énergie de la lumière excédentaire comme chaleur. La structure moléculaire de l'état activé et la cause du changement de la couleur de la protéine étaient précédemment inconnues.

Un document édité en la Science, écrite par le groupe de Kerfeld avec l'auteur important et l'aide à la recherche Ryan Leverenz, détaille la structure de la forme activée de l'OCP et indique un mouvement inattendu du carotenoïde. L'équipe de Kerfeld — ce qui inclut Leverenz et Co-avance Markus Sutter auteur, entre d'autres chercheurs de MSU, laboratoire de Kirilovsky en France et scientifiques de Berkeley National Laboratory — est le premier pour voir ce comportement. Précédemment, les carotenoïdes étaient vraisemblablement statiques et fixes à un échafaudage de protéine.

« Il a su que les carotenoïdes ont des fonctions photoprotective, mais l'OCP est unique parce que que le carotenoïde est également employé en tant qu'élément d'un commutateur qui est tourné en marche et en arrêt par la lumière, » Leverenz dit. « Maintenant que nous pouvons voir la forme commutée de "ON" de la protéine structurellement, que nous pouvions voir dans le laboratoire, nous apprenons plus au sujet de la façon dont il lie aux antennes du cyanobacteria et de la façon dont il aide à absorber l'énergie après qu'il lie. Une fois que nous apprenons entièrement comment ce processus est effectué en nature, nous espérons appliquer les principes pour concevoir de nouveaux systèmes photosynthétiques artificiels. »

Les chercheurs ont noté que, bien que le cyanobacteria possèdent ce mécanisme unique pour absorber l'énergie de la lumière excédentaire, ils n'effectuent pas toujours la tâche de la plupart de moyen efficace. L'exploitation de l'énergie perdue comme chaleur sera importante dans le développement des systèmes photosynthétiques artificiels comme source d'énergie fiable.

« Notre groupe en passe une partie de notre temps en Californie et au Michigan. Avec la sécheresse en Californie, les gens sont très conscients des robinets de égouttement et leur consommation d'eau globale, » Kerfeld dit. « Au Michigan, il y a d'abondance de l'eau, ainsi les gens ne pensent pas cela beaucoup du tout. Il est un peu comme celui avec le cyanobacteria. Ils sont ainsi employés à avoir tellement le soleil qui ils ne prennent pas la peine de faire attention au sujet de leur processus photoprotective — ils l'allument et oublient de l'arrêter. Nous voulons aider le cyanobacteria pour être plus futé au sujet du photoprotection et pour ne pas gaspiller tellement de cette énergie comme chaleur. C'est important pour que le cyanobacteria de modification soit les usines microbiennes de cellules. »

Le Cyanobacteria également sont examinés pour la viabilité comme précurseur chimique pour des plastiques, en plus des carburants. Presque tous les précurseurs dans l'industrie chimique sont actuellement basés sur pétrole, ainsi la durabilité et les impacts sur l'environnement sont des soucis. Le Département de l'énergie des États-Unis a fixé un but de produire de 25 pour cent de produits chimiques industriels des processus biologiques d'ici 2025. L'amélioration de l'efficacité de la photosynthèse dans le cyanobacteria peut augmenter des rendements et des questions d'adresse entourant son utilisation comme solution pratique aux défis d'énergie.

« Il y a grand potentiel en employant le cyanobacteria comme manière de comprendre le processus complexe de la photosynthèse, » Kerfeld dit. « Nous devons mieux comprendre comment la photosynthèse est effectuée en nature et comment cela traduit aux applications réelles, des perspectives de la biologie, de la physique et de la chimie. Ainsi nous devons continuer à collaborer en tant qu'équipes pluridisciplinaires pour pousser cette recherche en avant. Notre équipe est vraiment enthousiaste au sujet de ce que nous avons vu jusqu'ici, mais nous savons qu'il y a beaucoup de travail toujours à faire. »

Le placement pour le projet a été équipé par la dotation de la position de Kerfeld, du laboratoire et de MSU AgBioResearch de recherches d'usine de MSU-DOE, de placement supplémentaire du laboratoire de Kirilovsky en France et Berkeley National Laboratory.