p Uma equipe de pesquisadores com sede nos EUA, incluindo cientistas do MIPT, montou uma estrutura biológica em nanoescala capaz de produzir hidrogênio a partir da água usando a luz. Eles inseriram uma proteína fotossensível em nanodiscos - fragmentos circulares de membrana celular composta de uma bicamada lipídica - e aprimoraram a estrutura resultante com partículas de dióxido de titânio, um fotocatalisador. Os resultados da pesquisa foram publicados no jornal ACS Nano . p Professor Vladimir Chupin, que chefia o Laboratório de Química e Física de Lipídios do Centro de Pesquisa de Mecanismos Moleculares do Envelhecimento e Doenças Relacionadas à Idade do MIPT, diz, "Nossos laboratórios trabalhando com proteínas de membrana, em particular com nanodiscs, são principalmente focados em questões biofísicas e médicas. Contudo, o recente estudo conjunto com nossos colegas dos EUA mostra que, ao reunir materiais biológicos e técnicos, nanodiscos podem ser usados ​​para obter combustível de hidrogênio. "

p Combustível de hidrogênio

p O hidrogênio é uma das fontes alternativas de energia mais limpas. Quando queima, o único produto formado é o vapor d'água. Além disso, a 45 por cento ou mais, a eficiência do hidrogênio combustível é muito maior em comparação com menos de 35% para a gasolina ou óleo diesel. Embora grandes fabricantes de automóveis, como a Toyota, Honda, e BMW, já estão produzindo carros movidos a hidrogênio, seus números são modestos. O hidrogênio ainda é caro de se obter, em grande parte devido ao alto consumo de energia envolvido. Por esta razão, pesquisadores estão buscando maneiras de gerar esse combustível aproveitando outras fontes de energia.

p O hidrogênio pode ser produzido a partir da água usando energia solar. O processo requer compostos especiais chamados fotocatalisadores. O dióxido de titânio é um dos mais utilizados. Dificilmente é o fotocatalisador mais eficaz, no entanto, então, os pesquisadores não medem esforços para impulsionar seu desempenho, moendo-o em nanopartículas ou adicionando impurezas. Para esse fim, os cientistas do Argonne National Laboratory em Illinois, NÓS., se voltaram para a biologia, montagem de uma nanoestrutura feita de dióxido de titânio e uma proteína de membrana chamada bacteriorodopsina. Ao melhorar o desempenho um do outro, esses dois componentes sensíveis à luz formam um novo sistema cujas capacidades excedem em muito as de suas partes constituintes.

p A bacteriorodopsina é uma proteína fotossensível que faz parte das membranas de algumas células microbianas. Na verdade, existem algumas dessas proteínas, mas o usado neste estudo foi retirado do Halobacterium salinarum. Uma extremidade da proteína sobressai do lado de fora de uma célula, enquanto a outra extremidade está do lado de dentro. A luz solar faz com que a bacteriorodopsina bombeie prótons para fora da célula, que permite à célula sintetizar energia na forma de trifosfato de adenosina. Aliás, o corpo humano produz um total de cerca de 70 kg de ATP todos os dias.

p Os pesquisadores agora podem sintetizar a vida artificialmente, sem células biológicas envolvidas. Assim, proteínas funcionais da membrana podem ser obtidas usando meios que imitam o ambiente natural das proteínas. Entre essas mídias disponíveis para os cientistas estão os nanodiscos - fragmentos de membrana feitos de fosfolipídios e circundados por duas moléculas de proteína em uma formação de cinto duplo. O tamanho de um nanodisco depende do comprimento das duas proteínas semelhantes a cinto. Como uma proteína de membrana, a bacteriorodopsina pertence a uma membrana celular e, por isso, fica bastante à vontade em um nanodisco, que é uma estrutura incrível projetada para preservar a estrutura da proteína natural. Nanodiscs têm sido usados ​​para estudar estruturas de proteínas de membrana, desenvolver agentes médicos, e agora estão sendo reaproveitados para fotocatálise. Assistido por cientistas de materiais MIPT, os pesquisadores obtiveram nanodiscos de 10 nanômetros de diâmetro, com bacteriorodopsina aninhada dentro.

p Eles acabaram com hidrogênio

p A equipe dissolveu nanodiscs em água, junto com partículas de dióxido de titânio. Eles adicionaram platina, porque torna a fotocatálise mais eficaz. Deixado durante a noite nessa mistura, os nanodiscos grudaram nas partículas catalíticas. Bacteriorodopsina - a bomba de prótons - dobrou-se como uma antena. Ele capturou luz e transferiu sua energia para dióxido de titânio, aumentando sua sensibilidade à luz. Além disso, a bacteriorodopsina executou sua função normal de translocação de prótons, que foram reduzidos, produzindo hidrogênio graças à presença do catalisador de platina. Porque são necessários elétrons para reduzir prótons, os pesquisadores adicionaram um pouco de metanol à solução para servir como um doador de elétrons. A mistura foi exposta à luz verde e branca, com cerca de 74 vezes mais hidrogênio produzido no último caso. Na média, a emissão de hidrogênio foi mantida a uma taxa quase constante por pelo menos duas a três horas.

p Embora experimentos com uma nanoestrutura semelhante tenham sido realizados antes, eles usaram a bacteriorodopsina em uma membrana celular natural. Substituindo-o por nanodiscs, os pesquisadores produziram tanto hidrogênio quanto ou mais, e até exigiam menos bacteriorodopsina para a mesma quantidade de dióxido de titânio. A equipe suspeita que isso pode ser creditado à capacidade dos nanodiscos compactos e uniformes de interagir mais uniformemente com as partículas catalíticas. Embora a bacteriorodopsina natural continue a ser a opção mais barata, por enquanto, é possível que a evolução dos métodos artificiais de biossíntese em breve torne os nanodiscos uma alternativa mais viável.