Биологический каталог




Биотехнология. Проблемы и перспективы

Автор Н.С. Егоров, В.Д.Самуилов, А.В. Олескин

е гидрогеназы кислородом (Чан Динь Тоай, 1984).

Предложено много вариантов модельных систем, катализирующих образование водорода из воды за счет энергии света. Эти системы различаются механизмом улавливания энергии света и содержат хлоропласты или изолированный из них хлорофилл, а также восстановленные никотинамидные нуклеотиды (Е. Н. Кондратьева, И. Н. Гоготов, 1981). Некоторые системы наряду с водородом образуют кислород: в этом случае речь идет о биофотолизе воды.

Примером может служить система хлоропласт — ферредок-син — гидрогеназа. Ферредоксин служит промежуточным переносчиком электронов от фотосинтетической цепи хлоропластов к добавленной гидрогеназе. Серьезной проблемой является поддержание низкого парциального давления этих газов, с тем чтобы не наступило ингибирование гидрогеназы. При замене ферредоксина на флавопротеид (L. Thierry et al., 1983) или метилвиологен (А. А. Красновский, 1983) система образует только Н2. Флавопротеид и, по некоторым данным, метилвиологен защищают гидрогеназу от ингибирования кислородом! Разрабатываются системы с изолированным хлорофиллом, встроенным в детергент-ные мицеллы или липосомы вместе с гидрогеназой (А. А. Красновский, 1983). Предложена также система с гидрогеназой, иммобилизованной в агарозном геле, с которым прочно связан полимерный виологен и металлопорфирин, аналог хлорофилла (Y. Nosaka et al., 1986). Водород получают также с применением целых клеток микроорганизмов, стабильность которых возрастает при их иммобилизации. Высокоэффективными продуцентами Н2 являются пурпурные фототрофные бактерии, например Rhodopseudomonas sp., которые при иммобилизации в агарозном геле дают до 180 мкмоль Нг за 1 ч в пересчете на 1 мг бактериохлорофилла (М. Tadashi, A. Akira, 1983). Важное направление работ — поиск продуцентов Нг с устойчивой к Ог гидрогеназой.

Другим ферментом, катализирующим выделение водорода, является нитрогеназа. У всех микроорганизмов нитрогеназа состоит из двух, компонентов, а именно из MoFeS-протеида (молибдоферредоксина) и FeS-протеида (азоферредоксина). Основной функцией нитрогеназы является восстановление молекулярного азота:

N2 + 8Н+ + 8е" + /гАТФ 2NH3 + Н2 + «АДФ + «фосфорная

кислота

В отсутствие основного субстрата (N2) нитрогеназа катализирует энергозависимое восстановление Н+ с образованием Н2. Переключение фермента с одного режима работы на другой является технологической проблемой. Один из путей решения — получение штаммов микроорганизмов с нитрогеназой, не утилизирующей азот.

В Японии получен штамм АпаЬаепа sp.y который осуществляет биофотолиз воды в режиме, не чувствительном к Нг, Ог и N2. Повышению эффективности биофотолиза воды способствует чередование периодов функционирования биообъекта как продуцента Н2 и Ог с периодами «отдыха», когда клетки фотоассими-лируют С02 (вводимый на этот период в среду культивирования).

Возможно комбинирование процессов получения Н2 и других ценных продуктов. В частности, представители рода Clostridium дают органические растворители и в то же время обладают активной гидрогеназой. Если в реакторе с культурой CL saccharo-perbutylacetoniocum не создавать оттока для выделяющегося Нг, то наблюдается ингибирование образования Нг и эффективный синтез бутанола, ацетона и этанола. Если водороду обеспечивают свободный отток, то наряду с довольно активным образованием Нг культура синтезирует лишь этанол (Y. D. Brossean et al., 1986). Этот пример иллюстрирует возможность управления ходом биотехнологического процесса условиями культивирования биообъекта.

Таким образом, предложены разнообразные проекты систем для получения водорода с использованием биообъектов. Речь идет о вмешательстве человека в процесс биоконверсии энергии с целью добиться ее возможно более полного превращения в энергию химической связи в молекуле Нг.

Пути повышения эффективности фотосинтетических систем. Рассчитанная теоретически эффективность фотосинтеза, т. е. коэффициент превращения световой энергии в химическую энергию органических веществ, близка к 15% (С. Д. Варфоломеев, Е. С. Панцхава, 1984). Фактически, однако, наиболее продуктивные культурные растения запасают не .более 1,5—2% энергии падающего света. Актуальная проблема технологической биоэнергетики — повышение эффективности фотосинтеза у культурных растений.

Разрабатывают следующие основные подходы к решению этой проблемы: 1) повышение коэффициента превращения солнечной энергии до 4—5% за счет увеличения площади листьев и их раннего формирования; 2) вмешательство в системы регуляции фотосинтеза — сбалансированное использование фитогормонов, трансплантация регуляторных генов; 3) увеличение скорости роста растений за счет оптимизации водного и минерального питания, что приведет к повышению их фотосинтетической активности; 4) увеличение числа хлоропластов в клетке на единицу площади листа (М. М. Якубова, 1984); 5) установление оптимального соотношения между функционирующими реакционными центрами хлорофилла и промежуточными переносчиками электроно

страница 65
< К СПИСКУ КНИГ > 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77

Скачать книгу "Биотехнология. Проблемы и перспективы" (4.22Mb)


[каталог]  [статьи]  [доска объявлений]  [обратная связь]

п»ї
Rambler's Top100 Химический каталог

Copyright © 2009
(23.08.2017)