Natürliche chemische Energie
Die meisten Lebewesen benötigen nur drei Chemikalien, um die zum Überleben benötigte Energie zu produzieren: Licht, Wasser (H2O) und Sauerstoff (O2). Pflanzen nutze zuerst die Photosynthese, um Kohlendioxid (CO2) und H2O in energiereiche Zucker umzuwandeln, und geben dabei O2 als Nebenprodukt ab. In einem Prozess, der als Atmung bezeichnet wird, wandeln dann Pflanzen und Tieren O2 und Zucker zu Wasser und CO2 um und fügen dabei Energie zu dem Prozess dazu. Da Photosynthese und Atmung harmloses O2, H2O und CO2 als Nebenprodukte erzeugen, könnten diese natürlichen Prozesse umweltfreundlicher Alternativen zum Öl für die Erzeugung von Energie darstellen. Das EU-finanzierte Projekt HEME/(CU-FE)-O2-RED (Heme/copper and heme/non-heme diiron model systems for O2 reduction) arbeitete an der Schaffung einer solchen von der Natur inspirierten Brennstoffzelle. Zwar haben Forschungen auf Photosynthese basierte Brennstoffzellen zur Erzeugung von Wasserstoff (H2), der direkt verbrannt werden kann, entwickelt, dieses Verfahren ist aber ineffizient. HEME/(CU-FE)-O2-RED wollte dagegen eine Brennstoffzelle entwickeln, die die Atmung nachahmt, indem sie mithilfe von Kohlenwasserstoffen, Wasserstoffperoxid (H2O2) und H2 Energie effizienter erzeugt. Hierfür mussten die Forscher ein System schaffen, das ein Schlüsselenzym bei der Zellatmung verwendet. Cytochrom-c-Oxidase ist ein Eisen und Kupfer enthaltendes Molekül, das für die Umwandlung von O2 in H2O im letzten Schritt des energieerzeugenden Atmungsprozesses verantwortlich ist. Um besser zu verstehen, wie Cytochrom-c-Oxidase dies tut, erzeugten die Forscher ähnliche Kupfer-basierte Eisen-Wasserstoffperoxid-Systeme, die das Verhalten des Enzyms nachahmen, und untersuchten ihre Aktivitäten. In einen großen Durchbruch wandelte HEME/(CU-FE)-O2-RED O2 in H2O um, indem es schwache Säuren und ein eisenhaltiges organisches Molekül namens Ferrocen zu dem Komplex hinzufügte. Einen Weg zu finden, die in natürlichen Cytochrom-c-Oxidase-Systemen vorkommenden Pfade zu reproduzieren, ist ein wichtiger Schritt zur Erzeugung sauberer und nachhaltiger Energie.
Schlüsselbegriffe
Energie, Photosynthese, Atmung, Brennstoffzelle, Cytochrom-c-Oxidase
