Fotosentez tepkimelerini uzun yıllardır yeniden yapılandırmaya çalışan bilim insanları, doğadaki fotosentezden daha hızlı gerçekleşen fotosentez mekanizması kurmayı başardı.
Penn Eyalet Üniversitesinde bir grup araştırmacı doğadakinden 2 kat hızlı hidrojen biyoyakıt üreten mühendislik harikası bir biyolojik sistem geliştirdi. Sistemde suyu oksijen ve hidrojenlerine ayıran ışık soğuran enzimler arasında elektronların oldukça hızlı hareketini sağlayan moleküler kablolar kullanıldı. Carolyn Lubner’in önderlik ettiği çalışmada, fotosentetik Synechococcus adlı siyanobakteriler (mavi-yeşil algler) ve Clostridium acetobutylicum bakteriler görev aldı.
Doğadaki fotosentez tepkimelerinin başrol oyuncuları ışık enerjisini emen enzimler Fotosistem-I ve Fotosistem-II dir. Bu enzimler, ışıktan soğurdukları enerjiyle elektronları bir üst enerji düzeyine geçirmek için uyarır. Fotosentezde önemli bir diğer enzim FNR (ferredoksin NADP + oksidoredüktaz) de uyarılmış elektronları enerji depolayan ve şeker yapımında görevli moleküller oluşturmada kullanır.
Nanomühendisler, bu çalışmada, FNR enzimini bir hidrojenaz enzimiyle değiştirdi. Böylece fotosentez sonucunda şeker üretmek yerine, hidrojen iyonlarıyla elektronları kaynaştıran hidrojenaz enziminin de yardımıyla moleküler hidrojen (hidrojen gazı) üretildi.
Oluşturulan mekanizmada, bakterilerin Fotosistem-I enzimlerinin demir bağlı uçları da birbirine bağlandı. Oluşturulan moleküler bağ, elektronların hızlı ve kolayca aktarılmasını sağladı. Sisteme elektron sağlaması içinse ortama C vitamini eklendi.
Çalışmalar sonucunda elde edilen verilere göre ise, sistemdeki elektron akışı, bakterinin doğada gerçekleştirdiği elektron akışından iki kat daha hızlı. Hidrojen moleküllerinin üretimi, C vitamini bitene kadar sürdü. Araştırmacılara göre, sistem diğer enzim uçları ve diğer bakteriler için de uyarlanabilir. Daha da önemlisi, proje, büyük miktarlarda biyoyakıt oluşturmak için çok elverişli.
