Basistechnologien-Forschertandem: Nutzung von Sonnenenergie für die Bioelektrokatalyse – Photobiohybride Elektroden für die lichtgetriebene Wertstoffsynthese (Phase II, TP B)

Das wesentliche Ziel des Tandemvorhabens sind lichtaktivierbare Elektrodenaufbauten für die effektive Energieumwandlung. Im Rahmen der geplanten Verl?ngerung des Tandemprojektes sollen sowohl Arbeiten zur Erh?hung der Effektivit?t der Energiewandlung von Photobioelektroden durchgeführt werden als auch neue Kopplungen von Photosystem I mit enzymatischen Umsatzreaktionen. Dadurch soll das finale Ziel, n?mlich die Nutzung der Solarenergie für die Photostromgenerierung in Kombination mit der Produktion von Wertstoffen erreicht werden und auf eine solide Basis gestellt werden.
Das Teilprojekt II wird sich mit unterschiedlichen Proteinkonstrukten und ihrer Charakterisierung für die biohybride Anwendung besch?ftigen. Eine Bedingung zur Verbesserung der Effektivit?t von Photobioelektroden ist die Herstellung von hochreinem, voll aktivem Photosystem I Komplexen (PSI). Hierfür verwenden wir aufgel?ste PSI-Kristalle, die die reinste Form des Proteins darstellen. Ein alternativer Weg zur Verbesserung der Effektivit?t von Photobioelektroden ist die Herstellung von anderen photoaktiven Protein-Komplexen wie z.B. die Reaktionszentren der grünen Schwefelbakterien. Geplant ist die Anzucht bis zur Herstellung eines homogenen, vollaktiven Proteins einschlie?lich biochemischer, biophysikalischer und struktureller Charakterisierung. Des Weiteren ist die Etablierung der Synthese und Reinigung von ausgew?hlten Redoxproteinen (z.B. Cytochrome) mit unterschiedlichen Redoxpotentialen, die Interaktion mit PSI und Modifikationen am Protein geplant. Der Schwerpunkt dieses Teilprojektes liegt in der Herstellung von funktionsf?higen Fusionsproteinen z.B. der Formiatdehydrogenase (FDH) mit PSI. Voraussetzung ist die Durchführung von gezielten Mutationen am PSI bzw. an der FDH. Des Weiteren sollen Konstrukte von PSI-Untereinheiten mit Ferredoxin oder anderen Redoxproteinen (z.B. Cytochrom P450) hergestellt und deren Produktbildung nachgewiesen werden. Ziel ist es letztendlich, eine erfolgreiche ?bertragung eines funktionellen aktiven PSI-Enzymsystems auf eine 3D-Elektrodenstruktur zu etablieren.