اكتشف العلماء إنزيمًا يمكنه تحويل الهواء إلى طاقة ، وفتح مصدر طاقة جديد محتمل
يدرس العلماء قريبًا للبكتيريا المسؤولة عن مرض الدرن والجذام اكتشفوا إنزيمًا يحول الهيدروجين إلى كهرباء ، ويعتقدون أنه يمكن استخدامه لإنشاء مصدر جديد ونظيف للطاقة من الهواء الرقيق.
تستخدم البكتيريا الإنزيم ، الذي أطلق عليه اسم Huc المتفطرة اللطخة لسحب الطاقة من الهيدروجين الجوي ، وتمكينه من البقاء على قيد الحياة في بيئات فقيرة بالمغذيات.
الآن ، من خلال استخلاص ودراسة الإنزيم ، يقول الباحثون إنهم وجدوا مصدرًا جديدًا للطاقة يمكن استخدامه لتشغيل مجموعة من الأجهزة الكهربائية الصغيرة المحمولة. نشروا النتائج التي توصلوا إليها في 8 مارس في المجلة طبيعة (يفتح في علامة تبويب جديدة).
متعلق ب: اكتشف العلماء “الجزيء السري” الذي يسمح للبكتيريا بإخراج الكهرباء
“نتخيل أن مصدر طاقة يحتوي على Huc يمكنه تشغيل مجموعة من الأجهزة المحمولة الصغيرة باستخدام الهواء ، بما في ذلك أجهزة الاستشعار البيومترية ، والشاشات البيئية ، والساعات الرقمية ، والآلات الحاسبة أو أجهزة الكمبيوتر البسيطة” ريس جرينتر (يفتح في علامة تبويب جديدة)قال عالم الأحياء الدقيقة بجامعة موناش في أستراليا لـ Live Science عبر البريد الإلكتروني.
وقال: “عندما تزود Huc بمزيد من الهيدروجين المركز ، فإنه ينتج المزيد من التيار الكهربائي”. “مما يعني أنه يمكنك استخدامه في خلايا الوقود لتشغيل أجهزة أكثر تعقيدًا ، مثل الساعات الذكية ، أو الهواتف الذكية ، وأجهزة الكمبيوتر المحمولة الأكثر تعقيدًا ، وربما حتى السيارة.”
M. smegmatis هي بكتيريا غير مسببة للأمراض وسريعة النمو تستخدم غالبًا في المختبر لدراسة بنية جدار الخلية لأقربائها القريبين المسببين للأمراض ، السل الفطري. توجد بشكل شائع في التربة في جميع أنحاء العالم ، M. smegmatis معروف منذ فترة طويلة بتحويل أثر الهيدروجين الموجود في الهواء إلى طاقة ؛ وبهذه الطريقة ، يمكن للميكروب أن يعيش في أصعب البيئات ، بما في ذلك تربة أنتاركتيكا ، والحفر البركانية ، وأعماق المحيط ، حيث يمكن العثور على القليل من الوقود الآخر ، كما قال الباحثون.
لكن حتى الآن ، كيف M. smegmatis هل كان هذا لغزًا منتشرًا.
للتحقيق في الكيمياء وراء M. smegmatis ‘ قدرة مذهلة ، قام العلماء أولاً بعزل إنزيم Huc المسؤول عن العملية باستخدام اللوني – وهي تقنية معملية تمكن العلماء من فصل مكونات الخليط. بعد ذلك ، قاموا بفحص التركيب الذري للإنزيم باستخدام المجهر الإلكتروني بالتبريد ، وهي تقنية أكسبت منشئيها 2017 جائزة نوبل في الكيمياء. عن طريق إرسال الإلكترونات إلى عينة مجمدة من Huc تم جمعها منها M. smegmatis، رسم الباحثون التركيب الذري للإنزيم والمسارات الكهربائية التي يستخدمها لحمل الإلكترونات بحيث تشكل تيارًا.
اكتشف الفريق أنه يوجد في مركزه هيكل يسمى الموقع النشط يحتوي على أيونات مشحونة من النيكل والحديد. بمجرد دخول جزيئات الهيدروجين (المكونة من بروتونين وإلكترونين) إلى الموقع النشط ، فإنها تصبح محاصرة بين أيونات النيكل والحديد ويتم تجريدها من إلكتروناتها. ثم يرسل الإنزيم هذه الإلكترونات على طول تيار متدفق لتوليد تيار.
قال جرينتر: “يتم امتصاص الإلكترونات بواسطة Huc (على وجه التحديد أيون النيكل) ، ويتم نقلها إلى سطح Huc (بواسطة سلك جزيئي يتكون من مجموعات من أيونات الحديد والكبريت)”. “إذا قمنا بتثبيت Huc على قطب كهربائي ، يمكن للإلكترونات أن تدخل دائرة كهربائية من سطح الإنزيم وتولد التيار.”
كشفت تجارب أخرى أنه يمكن تخزين إنزيم Huc المعزول لفترات طويلة ؛ أنه بقي على قيد الحياة من التجمد أو التسخين حتى 176 درجة فهرنهايت (80 درجة مئوية) ؛ وأنه يمكن أن يستهلك الهيدروجين بتركيزات ضئيلة مثل 0.00005٪ من تلك الموجودة في الهواء الذي نتنفسه. يقول الباحثون إن هذه السمات ، إلى جانب انتشار الميكروب في كل مكان وقدرته على النمو بسهولة ، يمكن أن تجعل الإنزيم مرشحًا مثاليًا لمصدر طاقة في البطاريات العضوية.
قال جرينتر: “يمكن أن يستخرج Huc الطاقة من الهيدروجين الموجود في الهواء ، وهو أمر لا حدود له بشكل فعال”. “ستكون كمية الكهرباء التي يمكن توليدها من التركيزات المنخفضة للهيدروجين في الهواء متواضعة. وسيحد هذا من تطبيق Huc في هذا السياق على الأجهزة التي تتطلب قدرًا ضئيلاً ولكن مستدامًا من الطاقة. ومن شأن الاستخدام التكميلي لـ Huc تكون في خلايا الوقود حيث يتم توفير تركيز أعلى من الهيدروجين. “
