Fotoszintetikus rendszerek biokompozitokban

Preview	PDF (thesis) Download (3MB) | Preview
Preview	PDF (booklet) Download (1MB) | Preview
Preview	PDF (booklet) Download (434kB) | Preview

Abstract in Hungarian

A természet által évmilliók alatt kifejlesztett és tökéletesített élő rendszerek utánozhatatlan pontossággal képesek elvégezni a létfenntartó folyamataikat. Működésük a biológiai szerveződés bármely szintjén rendkívül specifikus, érzékeny és hatékony. Számos kutatás foglalkozik a biológiai anyagok jobb megismerésével, hiszen az egyes biológiai mechanizmusokat felfedezve és megértve nem csak a természet kreativitására lehet rácsodálkozni, hanem új ötletek és felhasználási lehetőségek tárháza is megnyílik előttünk. Vitathatatlan, hogy a földi élet kialakulásában és jelenlegi formájának fenntartásában a fény különösen fontos szerepet játszik. Az élő szervezetekben több folyamat is kapcsolódik a fényenergia átalakításához, mint például a látás, a növények morfológiai szabályozásáért felelős fitokrómrendszer működése, de talán az egyik legfontosabb a fotoszintézis folyamata. A fényenergia kémiai energiává alakítása nélkül nem jöhetett volna létre a földi élet jelenlegi formája. A földi bioszféra kialakulásának és fenntartásának is alapja a napenergia, amelynek leghatékonyabb átalakítását a fotoszintetizáló szervezetek végzik. A fotoszintézis igen összetett folyamat. Máig nem ismerjük minden részletét azoknak a lépéseknek, melyek végül a fény energiájának felhasználásával lehetővé teszik szerves anyag szervetlenből való előállítását. A fotoszintézis-kutatások során egész növényi vagy bakteriális sejteket és ezekből kinyert sejtalkotókat, sőt, molekulákat egyaránt vizsgálnak. Ezek a biológiai rendszerek azonban csak természetes környezetükben működnek nagy hatékonysággal, a külső változásokra igen érzékenyen reagálnak. Ha mesterséges körülmények között szeretnénk őket vizsgálni, megfelelő környezetet kell számukra biztosítani. Napjainkban különös figyelem fordul az ún. (bio)kompozit anyagokra, melyekben lehetséges olyan jól szabályozott környezetet biztosítani a vizsgálni kívánt biológiai anyagnak, amely mellett idegen környezetben is jól megőrzi aktivitását. Általában egy „biokompatibilis” (biológiai anyagot nem károsító) szerves vagy szervetlen hordozón rögzítik a választott sejtet, sejtrészletet, vagy biomolekulát. Az így létrehozott összetett rendszerek a rögzített (immobilizált) anyagtól és hordozótól függően számos területen felhasználásra kerülhetnek, többek között az orvostudományban, a talaj-, és víztisztításban, a bioelektronikában és különféle bioszenzorok kifejlesztésében. Munkám során fénnyel gerjeszthető biokompozit anyagok előállításával és karakterizálásával foglalkoztam. A hibrid anyagok „biológiai komponensei” különböző fotoszintetikus rendszerek (egész sejtek és tisztított fehérje-komplexek), a szervetlen hordozó komponensek pedig szén alapú (szén nanocső) vagy szilícium származékok (szilikagél, porózus szilícium) voltak. Kezdetben egész növényi sejteket rögzítettem szilikagélben és az így létrejött kompozit fotoszintetikus aktivitását jellemeztem (Université de Namur, FUNDP, Prof. Bao Lian Su laboratóriuma). A biokompozitokkal kapcsolatos munkát Szegeden is tudtam folytatni a Szegedi Tudományegyem Orvosi Fizikai és Orvosi Informatikai Intézetében, Dr. Nagy László témavezetésével. Kutatócsoportunk elsősorban bíborbaktériumokból tisztított fotoszintetikus reakciócentrum fehérjék (RC) felhasználásával készít nanokompozitokat, és azok szerkezeti és működési paramétereit jellemzi, illetve a lehetséges gyakorlati alkalmazásokat vizsgálja. A Rhodobacter (Rb.) sphaeroides bíborbaktérium RC-a egyike a legjobban tanulmányozott fehérje-komplexeknek. Közel 100%-os hatékonysággal alakítja át a fényenergiát kémiai energiává fényindukált redox folyamatok által. Minden egyes elnyelt foton gerjeszti a fehérje-komplex egy speciális klorofill dimerjét. Ez a fotoszintézis első lépése, amely minimális energiaveszteséggel történik. A fehérje az izolálást és tisztítást követően is hosszú ideig képes megőrizni a fotokémiai/-fizikai aktivitását. Előnyös tulajdonságaiból adódóan kiváló jelölt a fényenergia hasznosítás céljából történő tudományos kutatásokra. Vezető, félvezető hordozóanyaggal kialakított biokompozitban lehetőség nyílik az igen gyors (fs-ms-os ) elektronátmenetek felhasználására különféle redox reakciókban. A létrehozott bio-nanokompozitoknak elsősorban az optikai és az elektrokémiai tulajdonságait vizsgáltam.

View Item