科学家将酶改造为实用型储能物质

科技日报,2012-04-23

据物理学家组织网4月18日报道，加拿大康科迪亚大学物理系副教授拉斯洛·卡尔曼带领的研究团队找到了一种方法，将自然界中一种可储存能源的酶的时效从几秒扩展到几小时，以作为进一步捕捉和利用太阳能的关键。相关研究发表在最新的《美国化学会志》上。

研究人员在细菌中发现了一种捕捉太阳能的关键酶，在光的诱导下，其内部会出现电荷分离，形成一端带负电、另一端带正电的状态，正如电池一样。通过添加不同的分子改变酶的形状，研究人员延长了其电势的存在时间，使酶能够将电荷分离状态保持更久。

在自然结构里，这种酶完全可以嵌入细胞外层即所谓的脂质膜中。酶的结构允许其能快速重组电荷并从电荷分离状态中恢复过来。然而，在实验中，用不同的脂质分子构成的膜的形状和内置的酶之间不匹配，由此酶和膜会改变形状以更好地相匹配，这样就使得酶重组电荷更加困难，从而使电势持续的时间更长。

卡尔曼说：“我们正在做的类似于在白雪覆盖的街道上放置赛车，周围的环境防止赛车在跑道上更好地通行，就像不同的脂质阻止酶在正常环境下进行电荷有效重组一样。”

他表示，作为最早的能量转换系统之一，光合作用已存在数十亿年，我们所有的食物、能源（汽油或煤）都是一些古老的光合活性的产品。现在的研究是要转向这些古老的自然生态系统，因为其过程是碳中立的，并可利用丰富的资源，如阳光、二氧化碳和水。研究人员正在利用自然界中的“电池”，激发更可持续的、人造的能源转换系统。

未来，这些技术可应用于医疗和生物相容性电池，用酶和其他生物分子制成的电池可作为病人手术后的体内监测设备。生物相容性电池不像传统电池含有有毒金属，可以留在人身体内不造成危害。