Группа сотрудников Аргоннской национальной лаборатории Министерства энергетика США (DOE) под руководством ведущей проекта Елены Рожковой создала биоинспирированную (подсмотренную у природы) искусственную клетку, которая смогла преобразовать падающий на неё свет в запас химической энергии. Для этого учёные заменили некоторые естественные биологические механизмы в клетке на искусственные небиологического происхождения. Подобный подход, как считают разработчики, откроет новый путь к хранению энергии.
Искусственные протоклетки под электронным микроскопом (Argonne National Laboratory)
Искусственные клетки или протоклетки для преобразования света в химическую энергию представляет собой полые капсулы, внутри которых посредством спонтанной самосборки и сил слабого взаимодействия собираются гибридные наностержни из золота и серебра. Сначала происходит самосборка, а потом наночастицы обволакиваются мембраной из такого белка, как бактериородопсин. Этот белок интересен тем, что он работает как зависимая от света биологическая помпа, перекачивая протоны из клетки на её наружную поверхность.
В конечном итоге под воздействием света вне клетки начинает расти концентрация протонов, образуя так называемый электрохимический градиент. И в этом ключ к исследованию. Учёные ввели во взаимодействие с искусственными клетками вторую группу искусственных клеток, которые использовали скопления протонов как «топливо» для выработки молекулы АТФ (аденозинтрифосфата). Эксперимент показал хорошо фиксируемый рост концентраций АТФ при воздействии видимого света на колонию протоклеток.
Группа учёных во главе с руководителем проекта Еленой Рожковой (справа вверху)
Дальше дело техники. АТФ — это универсальный источник энергии для всех биохимических процессов, протекающих в живых системах. Фактически это химическое топливо, которое можно запасать и расходовать по своему усмотрению. Из искусственных клеток было выброшено всё лишнее, кроме примитивного механизма для использования протонов в качестве обменных ионов. Иными словами клетке оставили одну-единственную функцию ― синтез богатых энергией молекул-носителей. Также существует вероятность, что вместо протонов в качестве среды обмена можно использовать ионы натрия или ионы кальция.
Наконец, металлические наночастицы вблизи белковой мембраны, поглощающей свет, служат своего рода линзами для фокусировки света на поверхности мембраны, что активизирует биологические реакции. В целом эксперимент признан успешным и будет продолжен.
