Nutzung von Sonnenenergie für die Biokatalyse – Entwicklung von Photo-Bioelektrodenstrukturen für die Synthese
Isolation, Stabilisierung, Modifikation und Assemblierung von Photosystemen und Photosystemkomponenten in Hybrid-Assemblies zur Photobiokatalyse (Teilprojekt)

Im Rahmen des Tandemvorhabens sollen lichtaktivierbare Elektrodenaufbauten für die biokatalytische Synthese entwickelt werden. Hierzu sollen zunächst Photosysteme oder -Komponenten mit Elektroden derart kombiniert werden, dass ein effektiver Photoelektronentransfer möglich wird. Durch die Kopplung unterschiedlicher Enzymsysteme mit photoaktivierbaren Elektroden soll dann der generierte Photostrom für die biokatalysierte Synthese interessanter und wichtiger chemischer Verbindungen genutzt werden. Für die Etablierung einer solchen photobiokatalytischen Elektrode sollen Hybrid-Funktions-Strukturen aus anorganischen und biologischen Komponenten auf Elektroden aufgebracht werden. Eine effiziente Umwandlung der Lichtenergie in biochemische Wertstoffe ist ein Fernziel des Projekts.
Hauptansatzpunkt ist einerseits die effektive Kopplung isolierter biologischer Photosysteme oder Lichtsammelkomplexe mit nanostrukturierten Elektroden, sowie die Kombination dieser Systeme mit biokatalytischen Umsatzreaktionen. Das Funktionsprinzip soll an Einzelbeispielen demonstriert werden. Wichtige Arbeitsziele sind die effektive Kopplung von Lichtsammlung durch die eingesetzten Proteinkomplexe und die Photostromgenerierung an der Elektrode, die Nutzung der Ladungsträgererzeugung an der Proteinelektrode für die Reaktion mit weiteren biochemischen Redoxpartnern sowie letztendlich aufbauend auf diesen Elektronentransfer-Kaskaden die Integration biokatalytischer Reaktionen mit der photoaktivierbaren Elektrode für die licht- und potentialgesteuerte Synthese von biochemischen Wertstoffen.

Projektleitung
Zouni, Athina PD Dr. (Details) (Honorar- und außerplanm. Profess. / Privatdoz. / Lehrbeauftragte)

Beteiligte externe Organisationen

Laufzeit
Projektstart: 08/2013
Projektende: 10/2017

Forschungsbereiche
Biochemie und Biophysik der Pflanzen, Biophysik, Grundlagen der Biologie und Medizin, Lebenswissenschaften, Molekülchemie, Naturwissenschaften, Physikalische Chemie von Molekülen, Flüssigkeiten und Grenzflächen - Spektroskopie, Kinetik, Physikalische und Theoretische Chemie

Forschungsfelder
Erneuerbare Energien, Membran

Publikationen
Müh F, DiFiore D, and Zouni A, Influence of poly(ethylene glycol) on the micelle formation of alkyl maltosides used in membrane protein crystallization, Physical Chemistry Chemical Physics 03/2015; 17(17). DOI: 10.1039/C5CP00431D
http://pubs.rsc.org/en/content/articlepdf/2015/cp/c5cp00431d

Stieger KR, Ciornii D, Kölsch A, Hejazi M, Lokstein H, Feifel SC, Zouni A, Lisdat F.Engineering of supramolecular photoactive protein architectures: the defined co-assembly of photosystem I and cytochrome c using a nanoscaled DNA-matrix. Nanoscale. 2016 May 19;8(20):10695-705. doi: 10.1039/c6nr00097e.
http://pubs.rsc.org/en/Content/ArticleLanding/2016/NR/C6NR00097E#!divAbstract

Stieger KR, Feifel SC, Lokstein H, Hejazi M, Zouni A, Lisdat F. Biohybrid architectures for efficient light-to-current conversion based on photosystem I within scalable 3D mesoporous electrodes. J. Mater. Chem. A, 2016, 4, 17009-17017 DOI: 10.1039/C6TA07141D
http://pubs.rsc.org/en/Content/ArticleLanding/2016/TA/C6TA07141D#!divAbstract

Golub M, Hejazi M, Kölsch A, Lokstein H, Wieland D.C.F, Zouni A, and Pieper J. Solution structure of monomeric and trimeric photosystem I of Thermosynechococcus elongatus investigated by small-angle X-ray scattering. Photosynthesis Research September 2017, Volume 133, Issue 1–3, pp 163–173. First Online: 03 March 2017
https://link.springer.com/article/10.1007/s11120-017-0342-6

Dmitri Ciornii, Feifel SC, Hejazi M, Kölsch A, Lokstein H, Zouni A, and Lisdat F. Construction of photobiocathodes using multi-walled carbon nanotubes and photosystem I. PSS. Phys. Status Solidi A 214, No. 9, 1700017 (2017) / DOI 10.1002/pssa.201700017. First published: 10 April 2017
http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/pssa.201700017/full

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