Photosynthetic microbial fuel cells: practical applications of electron transfer chains

Abstract

В основе центральных метаболических путей преобразования энергии лежит мембранный перенос электронов. Фотосинтетическая и дыхательная электрон-транспортные цепи представляют собой сложные аппараты, способные создавать трансмембранный протонный градиент, преобразуя солнечный свет или химическую энергию. Новаторское использование этих аппаратов в качестве преобразователей энергии представляет интерес ввиду доступности и экологичности биоматериала. Устройства, в которых для выработки электроэнергии используются хемотрофные микроорганизмы, известны уже более ста лет. В этих системах, именуемых микробными топливными элементами (MFC), один или несколько типов микроорганизмов катализируют перенос электронов от расходуемого субстрата (ацетата, глюкозы и т.д.) к электроду. В последне время активно разрабатываются MFC на основе фототрофных организмов. Эти устройства, именуемые фотосинтетическими микробными топливными элементами (РMFC), подобны обычным MFC в том, что в них для преобразования химической энергии в электрическую используются живые клетки микроорганизмов. Однако различие между этими двумя классами топливных элементов состоит в том, что в MFC используется только химическая энергия органического субстрата, тогда как РMFC способны также использовать солнечную энергию. Общим для них является способность использовать естественные электрон-транспортные цепи метаболизма бактерий в качестве основного механизма преобразования энергии. Благодаря общедоступности солнечной энергии, РMFC на основе фотосинтеза могут стать недорогим и эффективным средством преобразования солнечного света. MFC на основе гетеротрофных микроорганизмов могут быть более перспективны в области очистки сточных вод и других экологических сферах. В настоящей статье приведен обзор новейших достижений в данной области и выделены нерешенные проблемы. <br> Библиография — 205 ссылок.