دانشمندان آنزیمی را کشف کرده اند که می تواند هوا را به انرژی تبدیل کند

مایکوباکتریوم اسمگماتیس این یک باکتری سریع رشد و غیر بیماری زا است که اغلب در آزمایشگاه برای مطالعه ساختار دیواره سلولی استفاده می شود. مایکوباکتریوم توبرکلوزیس استفاده می شود مایکوباکتریوم توبرکلوزیس که باعث سل، یکی از بستگان نزدیک می شود مایکوباکتریوم اسمگماتیس است.

مایکوباکتریوم اسمگماتیس، که معمولا در خاک های سراسر جهان یافت می شود، مدت هاست که می تواند هیدروژن موجود در هوا را به انرژی تبدیل کند. به این ترتیب، این میکروب می تواند در نامطلوب ترین محیط ها مانند خاک های قطب جنوب، دهانه های آتشفشانی و اقیانوس های عمیق که سوخت زیادی وجود ندارد، زنده بماند.

اما دانشمندان نمی دانستند مایکوباکتریوم اسمگماتیس اون چطور انجامش میدهد؟ آنها به بررسی شیمی زیربنای این توانایی شگفت انگیز پرداختند مایکوباکتریوم اسمگماتیسابتدا آنزیم Huc مسئول این فرآیند را با استفاده از کروماتوگرافی (تکنیک آزمایشگاهی که دانشمندان را قادر می سازد اجزای یک مخلوط را جدا کنند) جدا کرد.

آنها سپس ساختار اتمی آنزیم مذکور را با استفاده از میکروسکوپ کرایو الکترونی بررسی کردند. میکروسکوپ الکترونی کرایو تکنیکی است که سازندگان آن جایزه نوبل شیمی را در سال 2017 به ارمغان آورد. محققان با تاباندن الکترون ها بر روی نمونه یخ زده Huc از باکتری ها. مایکوباکتریوم اسمگماتیس جمع آوری شده بود، آنها ساختار اتمی آنزیم و مسیرهای الکتریکی را که آنزیم برای انتقال الکترون ها و تولید جریان استفاده می کند، تعیین کردند.

بر اساس یافته های محققان، آنزیم Huc دارای ساختاری به نام محل فعال در مرکز خود است که حاوی یون های باردار نیکل و آهن است. هنگامی که مولکول های هیدروژن (متشکل از دو پروتون و دو الکترون) وارد محل فعال می شوند، بین یون های نیکل و آهن به دام می افتند و الکترون های آنها از آنها جدا می شود. سپس آنزیم این الکترون ها را در امتداد جریان سیال می فرستد تا جریان الکتریکی تولید کند. گرینتر گفت: «الکترون ها توسط هاک (به ویژه یون نیکل) جذب می شوند و به سطح هاک (توسط سیم مولکولی که از خوشه هایی از یون های آهن و گوگرد تشکیل شده است) منتقل می شوند. اگر آنزیم Huc را روی الکترود قرار دهیم، الکترون ها می توانند از سطح آنزیم وارد مدار الکتریکی شده و جریان تولید کنند.

آزمایشات بیشتر نشان داد که آنزیم Huc جدا شده می تواند برای دوره های طولانی ذخیره شود. این آنزیم در دماهای انجماد یا گرمای 80 درجه سانتیگراد زنده می ماند و می تواند هیدروژن را در غلظت های بسیار کم (0.00005 درصد از غلظت هوای تنفسی) مصرف کند.

به گفته محققان، این ویژگی‌ها، همراه با فراوانی میکروب و رشد آسان آن، می‌تواند آنزیم را به عنوان یک منبع انرژی در باتری‌های ارگانیک به یک کاندید ایده‌آل تبدیل کند. گرینتر می گوید: «آنزیم Huc می تواند انرژی را از مقادیر تقریباً نامحدود هیدروژن موجود در هوا استخراج کند. مقدار الکتریسیته ای که می توان از غلظت کم هیدروژن در هوا تولید کرد، کم خواهد بود. این امر کاربرد Huc را در این زمینه محدود به دستگاه هایی می کند که به توان کم اما پایدار نیاز دارند. یکی دیگر از کاربردهای Huc در پیل های سوختی است که غلظت هیدروژن در آنها بیشتر است.