idw – Informationsdienst Wissenschaft
Nachrichten, Termine, Experten
Nachrichten, Termine, Experten
idw - Informationsdienst
Wissenschaft
Die richtige Verkabelung macht's: Biokomponente als Herzstück eines künstlichen Photosystems
Pflanzen, Algen und Cyanobakterien (Blaualgen) sind die Meister in Sachen Solarenergie, weil sie in der Lage sind, das aufgefangene Sonnenlicht fast vollständig in chemische Energie umzuwandeln. Das liegt unter anderem daran, dass die durch die Photonen freigesetzten Elektronen nahezu 1:1 aus dem "Lichtempfänger" abtransportiert und dann als Triebfeder für chemische Reaktionen genuzt werden können. Japanische Forscher haben jetzt einen neuartigen Ansatz entwickelt, um Lichtenergie ähnlich effektiv einzufangen. Wie sie in der Zeitschrift Angewandte Chemie berichten, "stöpseln" sie einen molekularen "Draht" direkt in ein biologisches photosynthetisches System und leiten die dort freigesetzten Elektronen damit sehr effektiv an eine Goldelektrode weiter.
Der Wirkungsgrad der photovoltaischen Energieumwandlung ist für die praktische Anwendung von Solaranlagen von ausschlaggebender Bedeutung. Theoretisch könnte pro absorbiertem Photon ein Elektron gewonnen werden. Während heutige Solarzellen weit von solchen Werten entfernt sind, schaffen natürliche photosynthetische Systeme eine fast 100%ige Quantenausbeute. Um die Effizienz künstlicher Systeme zu verbessern, wurden Versuche unternommen, die Bio-Lichteinfänger als dünne Schicht auf Elektroden aufzuziehen. Der Transfer der Elektronen von der lichteinfangenden Schicht in den Stromkreis ist in derartigen Systemen jedoch so ineffektiv, dass die Mehrzahl gar nicht erst am Zielort, der Elektrode, ankommt.
Erfolgsgeheimnis natürlicher Photosysteme ist die perfekte Passform der einzelnen Komponenten. Die Moleküle passen wie Steckverbindungen exakt ineinander und können freigesetzte Elektronen direkt und nahezu verlustfrei weiterreichen. Der neue Ansatz der japanischen Forscher verbindet nun trickreich Photosystem I (PSI) der Blaualge Thermosynechococcus elongatus mit einer künstlichen Peripherie. Ein wichtiger Bestandteil in der Elektronenübertragungskette von PSI ist Vitamin K1. Die Forscher entfernten Vitamin K1 aus dem PSI-Proteinkomplex und ersetzten es durch ein künstliches Analogon. Dieses besteht aus drei Teilen: 1) Derselbe molekulare "Stecker", mit dem auch Vitamin K1 in den Proteinkomplex gebunden ist (Naphthochinongruppe), wird zum "Einstöpseln" des künstlichen Verbindungsstückes in das PSI verwendet. 2) Ein molekularer "Draht" (Kohlenwasserstoffkette) gleicher Länge wie bei Vitamin K1 stellt sicher, dass das Verbindungsstück aus dem Proteinkomplex herausragt. 3) Am anderen Ende des Drahtes ist ein zusätzlicher "Stecker" (Viologengruppe), der das Ensemble auf einer speziell beschichteten Goldelektrode verankert. Durch Bestrahlung im PSI freigesetzte und über den Draht weitergeleitete Elektronen überträgt die Viologengruppe sehr effektiv auf die Goldelektrode.
Mit dieser neuen Strategie lassen sich möglicherweise auch andere Biokomponenten als Herzstücke in künstliche Systeme integrieren.
Angewandte Chemie: Presseinfo 05/2009
Autor: Nao Terasaki, National Institute of Advanced Industrial Science and Technology, Tosu (Japan), mailto:nao-terasaki@aist.go.jp
Angewandte Chemie 2009, 121, No. 9, 1613-1615, doi: 10.1002/ange.200805748
Angewandte Chemie, Postfach 101161, 69495 Weinheim, Germany
Criteria of this press release:
Biology, Chemistry, Energy, Physics / astronomy
transregional, national
Research results, Scientific Publications
German
You can combine search terms with and, or and/or not, e.g. Philo not logy.
You can use brackets to separate combinations from each other, e.g. (Philo not logy) or (Psycho and logy).
Coherent groups of words will be located as complete phrases if you put them into quotation marks, e.g. “Federal Republic of Germany”.
You can also use the advanced search without entering search terms. It will then follow the criteria you have selected (e.g. country or subject area).
If you have not selected any criteria in a given category, the entire category will be searched (e.g. all subject areas or all countries).
