黑暗中绿藻在做什么

2020-01-03 265藻类

黑暗中绿藻在做什么?波鸿鲁尔大学的生物学家在《生物化学杂志》上报道了绿藻如何在黑暗中产生氢。生物学家已经发现了这种气体产生的机制,这是以前没有深入研究过的;因为研究人员最感兴趣的是光驱氢合成。

“氢可以帮助我们走出能源危机,”工作组组长Thomas Happe教授说。“如果你想让绿藻产生更多的氢,了解所有的生产途径是很重要的。”

黑暗中绿藻在做什么?即使在黑暗中,绿藻也能在压力下产生氢气

衣藻属的单细胞绿藻是非常小的生物:其中10个与人的头发并排生长。在某些方面,微藻与高等植物如树木并没有太大的不同。例如,它们也进行光合作用。与陆地植物不同,它们可以利用光能生产氢分子。“然而,衣藻和co只在压力下形成氢,”Thomas Happe说。“处理这种富含能量的气体就像一种溢流阀,这样多余的光能就不会破坏敏感的光合作用装置。”衣藻也能在黑暗中产生氢气。尽管这一事实在几十年前就已为人所知,但由于在黑暗中产生的氢气要比在光亮中产生的少得多,所以在没有光的情况下H2的合成很少被研究。此外,要分离出大量暗反应的关键酶,即所谓的丙酮酸:铁氧化还原酶,也很复杂。尽管如此,RUB的研究人员还是解决了这个项目。

黑暗中氢的产生在体外模拟

黑暗中绿藻在做什么?Happe的团队在体外重建了黑暗氢产生的核心,从而证明了其潜在的机制。为了得到所涉及的蛋白质,研究人员让这些蛋白质由细菌产生。首先,他们将绿藻的相应基因导入大肠杆菌,例如,丙酮酸的基因:铁氧化还原酶。大肠杆菌根据这个蓝图产生蛋白质。哈佩的研究小组将它们从细菌细胞中分离出来,并像检查建筑材料一样检查它们。在试管中,生物学家们分析了不同的蛋白质组合在特定的环境条件下是如何相互作用的。

“古老的酶”发现

在这样做的过程中,他们发现,在黑暗的压力下,藻类转换成一种通常只在细菌或单细胞寄生虫中发现的代谢途径。“衣原体在进化上有一种古老的酶,”光生物技术工作组的Jens Noth解释说。“在维生素B1和铁原子的帮助下,它从糖的分解中获得能量。”然后,这些能量被其他的绿藻酶——氢化酶——用来生成氢。当单细胞微藻在黑暗中突然遇到无氧环境时,它们就会开启这种代谢途径。因为,像人类一样,如果绿藻不能从阳光中获取能量,它们就需要氧气来呼吸。黑暗中形成的氢帮助细胞在这些压力条件下存活。“有了这些知识,我们现在又找到了另一块拼图,可以准确地描绘衣藻产生H2的情况,”Thomas Happe说。“在未来,这也可能有助于提高生物技术相关的光依赖H2的形成速度。”

引用

Ruhr-University Bochum. "What green algae are up to in the dark." ScienceDaily. ScienceDaily, 14 February 2013.
www.sciencedaily.com/releases/2013/02/130214103820.htm.

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