Modificare la fotosintesi per produrre bioidrogeno dalle alghe

Creato in laboratorio un nuovo fotosistema (PSI-idrogenasi) capace di produrre idrogeno dall’acqua a velocità elevate, per diversi giorni.

bioidrogeno
By Des_CallaghanOwn work, CC BY-SA 4.0, Link

Nuovi progressi nella produzione di bioidrogeno

(Rinnovabili.it) – Sfruttare la potenza della fotosintesi per produrre bioidrogeno dalla alghe in vivo. Questo l’obiettivo di un gruppo di scienziati del Center for Bioenergy, presso l’Arizona State University (USA). I ricercatori hanno messo mano ad una delle strutture fondamentali del processo fotosintetico in maniera tale da trasformare i microrganismi algali in bio fabbriche ad alta efficienza.

Attualmente l’idrogeno costituisce un prodotto essenziale per diversi settori industriali. Ogni anno se ne producono a livello mondiale oltre 60 milioni di tonnellate; tuttavia, oltre il 95 per cento è ottenuto dal trattamento dei combustibili fossili (steam reforming), processo energivoro che rilascia anidride carbonica. Ecco perché, al dil là delle necessità della transizione energetica, da anni si lavora su modalità alternative per ottenere idrogeno verde o rinnovabile. Una di queste sfrutta la via biologica o, più precisamente, la capacità di alcuni organismi fotosintetici di sintetizzare, in particolari condizioni, bioidrogeno.

L’approccio, però, presenta ancora diversi problemi tecnici, tra cui la cattura competitiva da parte dell’ossigeno degli elettroni necessari alla sintesi di idrogeno. Il lavoro del Center for Bioenergy è intervenuto esattamente a questo livello, aumentando l’efficienza complessiva. “Quello che abbiamo fatto è mostrare che è possibile intercettare gli elettroni ad alta energia dalla fotosintesi e usarli per guidare la chimica alternativa, in una cellula vivente”, ha spiegato il professor Kevin Redding.

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Viaggio nella fotosintesi algale

Le alghe, così come le piante o i cianobatteri, possiedono due complessi pigmento-proteici che dirigono le reazioni fotosintetiche: il fotosistema I (plastocianina-ferredossina ossidoreduttasiPSI) e il fotosistema II (acqua-plastochinone ossidoreduttasi – PSII). Il PSII scinde le molecole d’acqua in ossigeno e ioni idrogeno per ricavarne elettroni, il PSI fornisce gli elettroni alla formazione di ATP e NADPH.

Nel caso delle alghe (in questo lavoro, la Chlamydomonas reinhardtii) l’enzima idrogenasi è in grado di utilizzare gli elettroni, che ottiene dalla proteina ferredossina, per combinarli con ioni idrogeno e produrre idrogeno gassoso. Il problema principale è che questo enzima viene rapidamente e irreversibilmente inattivato dall’ossigeno prodotto dalla PSII.

Il team ha creato una chimera genetica di PSI e idrogenasi in modo che si riuniscano e siano attivi in vivo. Questo nuovo complesso reindirizza gli elettroni dalla fissazione dell’anidride carbonica alla produzione di bioidrogeno. “Abbiamo pensato di adottare alcuni approcci radicalmente diversi. La nostra folle idea è stata di collegare l’enzima idrogenasi direttamente al fotosistema I per deviare una grande frazione degli elettroni dalla scissione dell’acqua (dal fotosistema II) per produrre idrogeno molecolare”, ha spiegato Redding.

Le cellule che esprimono il nuovo fotosistema (PSI-idrogenasi) producono idrogeno a velocità elevate in modo dipendente dalla luce, per diversi giorni. La ricerca è stata pubblicata su  Energy & Environmental Science  testo in inglese)

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