Улучшение фотосинтеза с помощью биомиметических сборок на основе фотосистемы II
В последнее десятилетие учёные активно изучают светособирающие системы для создания новых бионических материалов или интеграции природных биологических компонентов в синтетические системы. Их вдохновляет естественный фотосинтез зелёных растений, водорослей и цианобактерий, преобразующий световую энергию в химическую. Фотосистема II (PSII) — это светозависимый белковый комплекс, ответственный за улавливание света и расщепление воды с выделением O2, протонов и электронов. Разработка биомиметических сборок на основе PSII in vitro важна для исследований в области фотокатализа, биологических солнечных элементов и бионического фотосинтеза.
Объединение PSII с синтетическими структурами позволяет создавать биогибридные сборки для улавливания света. Развитие материаловедения способствует прогрессу в создании сборок на основе PSII, гибридных систем, имитирующих PSII, и использовании продуктов на её основе для преобразования энергии. Соответствующие приложения и исследования реализуются путём интеграции PSII в:
- липидные мембраны,
- многослойные полимерные структуры,
- наночастицы.
Это позволяет максимизировать эффективный диапазон поглощения света и обеспечить высокую нагрузку PSII.
В настоящее время, несмотря на успешную реконструкцию гибридных систем на основе PSII, эта система страдает от типичных недостатков, присущих белковым структурам: недостаточная стабильность, долговечность, биологическая активность и ограничения по условиям окружающей среды для будущего применения. Поэтому усилия исследователей сосредоточены на изучении биомиметических сборок на основе PSII для преодоления этих слабых мест.
В статье, опубликованной в National Science Review группой профессора Цзюньбая Ли из Пекинской национальной лаборатории молекулярных наук, Ключевой лаборатории коллоидов, интерфейсов и химической термодинамики КАН, Института химии Китайской академии наук, обобщены последние исследования о том, как белковый комплекс PSII объединяется с искусственными структурами посредством молекулярной сборки, и выделены полуестественные биосистемы на основе PSII. Также обсуждаются сохраняющиеся проблемы, вызовы и перспективы этой биомиметической системы.