1. Биофотолитические системы

В настоящее время созданы биохимические системы, способные осуществить реакцию фоторазложения воды на водород и кислород.

Все системы биофотолиза воды имеют общие два элемента: 1) электронотранспортная цепь фотосинтеза, включающая систему разложения воды; 2) катализаторы образования водорода. В качестве катализаторов образования и активации водорода используются как неорганические катализаторы, например металлическая платина [459], так и биологические катализаторы-гидрогеназы. В последнем случае гидрогеназы могут быть использованы в растворимой, иммобилизованной форме либо как терминальные ферменты образования водорода в клетках.

Некоторые фундаментальные особенности элементов систем биофотолиза воды рассмотрены выше. Так, в гл. II обсуждаются свойства гидрогеназ как катализаторов образования и активации молекулярного водорода. В настоящей главе обсуждаются специфические свойства и характеристики биофотолитических систем.

Условно все исследованные системы можно разбить на три группы:

1. Хлоропласта высших растений, ферредоксин и бактериальные гидрогеназы [82, 393, 453]. Схема процесса может быть представлена в виде:

(3.2)

2. Системы на основе хлоропластов, низкомолекулярного переносчика электронов (медиатора), бактериальной гидрогеназы [394, 447, 456]:

(3.3)

где М - низкомолекулярный медиатор.

3. Системы на основе клеток микроорганизмов. При этом могут быть использованы как клетки фотопродуценты водорода [156-159]:

(3.4)

так и различного рода комплексные системы. Например, Витоллом [454] обсуждалась система на основе иммобилизованных клеток

(3.5)

В нашей лаборатории проведено изучение параметров системы биофотолиза воды на основе двух культур микроорганизмов: фотосинтезирующие микроводоросли - анаэробные бактериальные продуценты водорода (см. ниже).

Созданные и исследованные системы имеют различные характеристики по производительности, устойчивости к кислороду, к тепловой денатурации, различную степень приближения к технологическому использованию. Системы биофотолиза на основе изолированных хлоропластов и некоторые их параметры приведены в табл. 25.

Таблица 25. Модельные системы биофотолиза воды

Ниже анализируются основные характеристики процессов фоторазложения воды биокаталитическими системами и ряд физико-химических проблем, постановка и решение которых связаны с созданием и исследованием биофотолитических систем.