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 Verlängerung des Tandemprojektes sollen sowohl Arbeiten zur Erhöhung der Effektivität der Energiewandlung von Photobioelektroden durchgeführt werden als auch neue Kopplungen von Photosystem I mit enzymatischen Umsatzreaktionen. Dadurch soll das finale Ziel, nämlich 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 beschäftigen. Eine Bedingung zur Verbesserung der Effektivität von Photobioelektroden ist die Herstellung von hochreinem, voll aktivem Photosystem I Komplexen (PSI). Hierfür verwenden wir aufgelöste PSI-Kristalle, die die reinste Form des Proteins darstellen. Ein alternativer Weg zur Verbesserung der Effektivität 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 einschließlich biochemischer, biophysikalischer und struktureller Charakterisierung. Des Weiteren ist die Etablierung der Synthese und Reinigung von ausgewählten 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 funktionsfähigen 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 Übertragung eines funktionellen aktiven PSI-Enzymsystems auf eine 3D-Elektrodenstruktur zu etablieren.