È noto da tempo che un ceppo di batteri della tubercolosi può generare elettricità dall'idrogeno nell'aria. Gli scienziati hanno ora capito come farlo.
I ricercatori che studiano un parente del batterio che causa la lebbra e la tubercolosi hanno trovato un enzima che converte l'idrogeno in elettricità e credono che potrebbe essere utilizzato per generare una nuova fonte di energia pulita quasi dall'aria.
Il batterio Mycobacterium smegmatis utilizza l'enzima Huc per estrarre energia dall'idrogeno atmosferico, permettendogli di vivere in ambienti difficili e poveri di nutrienti.
Un enzima HUC insensibile all'ossigeno
Qui, descriviamo la struttura e il meccanismo del Mycobacterium smegmatis idrogenasi Huc utilizzando la microscopia crioelettronica. Huc supporta l'idrogenazione del menachinone portatore di elettroni respiratori in H.2È un enzima altamente efficace e insensibile all'ossigeno che si lega all'ossidazione di
Oggi, gli scienziati affermano di aver scoperto una nuova fonte di energia che potrebbe essere utilizzata per alimentare una varietà di piccoli utensili elettrici portatili estraendo e studiando l'enzima.
L'autore principale Rhys Grinter, un microbiologo della Monash University in Australia, ha dichiarato a Live Science via e-mail che il team ha utilizzato l'aria per alimentare un alimentatore contenente Huc utilizzando l'aria, inclusi sensori biometrici, monitor ambientali, orologi digitali, calcolatrici e semplici computer Ha detto che immagina che sia in grado di eseguire una varietà di piccoli dispositivi portatili.
Huc produce più corrente elettrica quando viene introdotto idrogeno più concentrato. Ciò significa che potrebbe essere utilizzato nelle celle a combustibile per alimentare dispositivi sempre più sofisticati come smartwatch, telefoni cellulari, computer complessi più portatili e forse anche un'automobile.
M. smegmatis è un batterio non patogeno, a crescita rapida, frequentemente utilizzato nei laboratori per studiare la composizione della parete cellulare del suo parente stretto che causa la malattia, il Mycobacterium tuberculosis. M. smegmatis, un microbo del suolo ampiamente diffuso in tutto il mondo, è noto da tempo per convertire le tracce di idrogeno nell'aria in energia per sopravvivere negli ambienti più difficili, come i suoli antartici, i crateri vulcanici e gli oceani profondi, dove poco altro combustibile è disponibile.
Fino a questo punto, tuttavia, non era chiaro come M. smegmatis avesse ottenuto questo risultato.
Per esaminare la chimica alla base delle incredibili capacità di M. smegmatis, i ricercatori hanno utilizzato la cromatografia, una tecnica di laboratorio che consente ai ricercatori di separare i componenti di una miscela, per isolare prima l'enzima Huc responsabile del processo.
Hanno quindi studiato la struttura atomica dell'enzima utilizzando la microscopia crioelettronica, un metodo per il quale i suoi sviluppatori hanno vinto il Premio Nobel per la Chimica nel 2017. I ricercatori hanno studiato la struttura atomica dell'enzima e le vie elettriche che utilizza per trasportare gli elettroni in modo che facciano esplodere gli elettroni per generare una corrente su un campione congelato di Huc raccolto da M. smegmatis.
Il team ha scoperto che Huc ha un sito attivo nel suo nucleo, una struttura che ospita ioni di nichel e ferro carichi. Una volta che le molecole di idrogeno entrano nel sito attivo, perdono i loro elettroni perché sono intrappolate tra ioni di nichel e ferro. Per creare una corrente, l'enzima sposta quindi questi elettroni lungo una corrente.
Secondo Grinter, gli elettroni vengono assorbiti dall'Huc (in particolare lo ione nichel) e consegnati alla sua superficie da un filo molecolare costituito da gruppi di ioni ferro e zolfo. "Se immobilizziamo l'huc su un elettrodo, gli elettroni possono fluire dalla superficie dell'enzima in un circuito elettrico e generare elettricità".
Ulteriori ricerche hanno dimostrato che l'enzima Huc isolato può essere conservato a lungo, resistere al congelamento o al riscaldamento fino a 80 gradi Celsius e potrebbe consumare idrogeno in concentrazioni pari allo 0,00005% dell'idrogeno presente nella nostra aria. I ricercatori suggeriscono che queste proprietà, insieme all'ubiquità del microbo e alla facilità di crescita, potrebbero rendere l'enzima una scelta primaria per una fonte di energia nelle batterie organiche.
Secondo Grinter, la quantità di idrogeno nell'aria che Huc può estrarre sotto forma di energia è praticamente infinita. “A causa dei bassi livelli di idrogeno nell'aria, è possibile produrre solo una piccola quantità di elettricità. Huc può quindi essere utilizzato solo per dispositivi che richiedono una piccola quantità di energia per un lungo periodo di tempo. Huc può anche essere utilizzato nelle celle a combustibile che forniscono concentrazioni più elevate di idrogeno”.
Fonte: Scienza in diretta
Günceleme: 18/03/2023 23:38