3 6.5.Các enzyme nối kết (ligase)
3.3.8 Sử dụng enzyme để giải quyết vấn đề năng lượng Hydrogenase để giải quyết vấn đề năng lượng.
Hydrogenase để giải quyết vấn đề năng lượng.
Trước tình hình khủng hoảng năng lượng trên thế giới ngày nay càng trầm trọng, các nhà khoa học đã có nhiều phương hướng tìm kiếm nguồn năng lượng cho tương lai. Những nguồn năng lượng có triển vọng nhất có thể kể đến năng lượng mặt trời và năng lượng nhiệt hạch. Nhưng từ năm 1975, năng lượng mặt trời là nguồn năng lượng đã được chọn dứt khoát cho tương lai.
Đã qua 3 tỷ năm và 3 tỷ năm tới, hàng năm mặt trời cho trái đất 1 khối lượng năng lượng khổng lồ không thay đổi: 3.1024 J, tương đương 64 nghìn tỷ tấn dầu mỡ, gấp 5000 tất cả các nguồn năng lượng khác mà trái đất có. Năng lượng mặt trời cho trái đất lớn như vậy, nhưng con người chỉ sử dụng được khoảng 0.01%. Số còn lại tán xạ ra ngoài khí quyển. Do đó, nếu có phương án nào sử dụng hiệu quả hơn nguồn năng lượng khổng lồ ấy thì con người sẽ vĩnh viễn thoát khỏi tình trạng khủng hoảng năng lượng.
Cơ sở của vấn đề: quá trình quang hợp là quá trình biến đổi năng lượng mặt trời (hv) về dạng dự trữ trong sinh khối (CH2O), được thực hiện trong tự nhiên nhờ các sinh vật có các bộ phận quang hợp:
CO2 + H2O hv CH2O + O2
Quá trình quang hợp trên có thể tách thành 2 giai đoạn như sau: Giai Đoạn 1: H2O hv 2H+ + 2e- + 1/2 O2
Giai Đoạn 2: CO2 + 2H+ + 2e- (CH2O) + 1/2 O2
- Nếu cho chất mang electron A hóa trị 2 vào giai đoạn 1, chất A sẽ thu nhận e thành chất khử A-2. Chuyển chất khử A-2 này vào giai đoạn 2, thì có thể thực hiện được phản ứng tạo thành H2 từ 2H+ và 2e-
2H+ + 2e- H2
- phản ứng tạo thành H2 trên được hydrogenase xúc tác, enzyme này có đặc điểm là chỉ thấy trong rong biển, không có plastid (bào quan) của thực vật.
- Tổng hợp giai đoạn 1 và phản ứng tạo thành H2 được phương trình quang phân ly nước:
H2O hv 1/2 O2 + H2
- Như vậy, về nguyên tắc có thể sử dụng ánh sáng mặt trời và các quá trình sinh học để thực hiện quang phân ly nước liên tục, trong đó có hydrogenase xúc tác tạo thành hydro và oxy: A-2 2H+ 1/ 2 O2 H2 Quang hợp hv A Bảo quản + H2O Hydrogenase (phản ứng tối)
- Người ta đã chứng minh được bằng thực nghiệm ý tưởng của phương pháp sinh học nhờ ánh sáng mặt trời và các quá trinh sinh học để chuyển hóa 1 cách liên tục năng lượng mặt trời từ dạng bức xạ về dạng dự trữ (nhiên liệu hydro)
- Trên đây là một số thí dụ chứng minh cho hiệu quả sử dụng công nghệ vi sinh, công nghệ enzyme phục vụ cho nền kinh tế quốc dân. Các công nghệ này đã được nghiên cứu tương đối đầy đủ, tỉ mỷ về thực nghiệm cũng như lý thuyết, đồng thời các công nghệ này đã đạt được nhiều kết quả phục vụ đời sống kinh tế quốc dân.