Elektrochemischer Schutz von Cyanobakterienzellen vor molekularem Sauerstoff ermöglicht nachhaltige PhotoH ₂ ‐Produktion

Kurzzusammenfassung Die Produktion von photosynthetischem Wasserstoff (PhotoH 2 ) ist für eine nachhaltige Energieumwandlung interessant. Bei der oxygenen Photosynthese wird Wasser als einzige Elektronenquelle und Licht verwendet, um Elektronen auf ein hohes Energieniveau anzuheben. Die Elektronen werden dann von der Hydrogenase für die katalytische Umwandlung von Protonen in H 2 genutzt. Photosynthetische Mikroorganismen verfügen über alle für diesen Prozess erforderlichen Enzyme, und die Machbarkeit der PhotoH 2 ‐Produktion wurde nachgewiesen. Eine der größten Einschränkungen besteht jedoch darin, dass O 2 , das als Nebenprodukt der Photosynthese entsteht, die Aktivität der meisten Hydrogenasen beeinträchtigt und eine breitere Anwendbarkeit dieser Strategie verhindert. Wir gehen diese Herausforderung an und zeigen, wie cyanobakterielle Zellen durch Integration intakter Zellen in ein viologenmodifiziertes Redoxpolymer vor metabolisch erzeugtem O 2 geschützt werden können. Die elektrochemische Aktivierung des Redoxpolymers ermöglicht die Entfernung von O 2 in der Nähe der cyanobakteriellen Zellen mit einem steilen Diffusionsgradienten von O 2 außerhalb der Zellen. Die mikroelektrochemische lokale Analyse von O 2 und H 2 bestätigt den Schutz und die Möglichkeit der PhotoH 2 ‐Produktion. Darüber hinaus ermöglicht die Verwendung von mutierten Zellen, in die eine Photosystem‐I‐Hydrogenase‐Fusion integriert ist, unter diesen Bedingungen eine nachhaltige photosynthetische H 2 ‐Produktion, wobei die Elektronen für eine längere PhotoH 2 ‐Produktion höchstwahrscheinlich aus der photosynthetischen Wasserspaltung stammen.