Microalgae are photosynthetic micro

Microalgae are photosynthetic microorganisms that convert solar energy into chemical energy, which can be redirected physiologically to produce hydrogen (H2). Photosynthetic H2 production by microalgae has many advantages, such as CO2 sequestration; bioremediation of wastewater when it is used as culture medium to grow algal biomass; microalgae growth is not seasonal; cultures can be installed in nonarable lands; and depending on the microalgae species, valuable byproducts can be obtained [1].

H2 production by microalgae is classified into 2 categories: direct photolysis, when H2 is produced from electrons that arise from the water-splitting process of photosynthesis, and indirect photolysis, when H2 is produced from electrons that are derived from the carbohydrate catabolism [2]. In both processes, [Fe]-hydrogenase reduces the electrons to molecular H2 gas. However, hydrogenase expression and its activity are suppressed by oxygen (O2) that is produced by photosynthesis [3]. Thus, during direct photolysis, in addition to generating H2, microalgae produce O2 which in turn inhibits [Fe]-hydrogenase and thus, H2 production.

To address this incompatibility in simultaneous H2 and O2 production, some researchers have focused on identifying or improving genetically engineering microalgae with O2-torelant hydrogenases in which O2 is restricted from gaining access to the catalytic site [4]. Conversely, indirect photolysis is effected when O2 and H2 production are separated by time: oxygenic photosynthesis activity is decreased or inhibited, whereas mitochondrial respiration remains unchanged, consuming the O2 present. Under such conditions, there is a net consumption of O2 by the cells, establishing the anaerobic conditions required to express the O2-sensitive hydrogenase and to carry out H2 production. To alter the photosynthesis:respiration ratio in microalgae, researchers have proposed several strategies, such as the deprivation of sulfur nutrients that reversibly inhibits the PSII [5]; mutants that contain a truncated light-harvesting antenna to increase H2 production [6]; mutants with low sulfate permease activity, which limits sulfates from supplying the chloroplast, resulting in a sulfate-deprived cell phenotype [7]; and starch-over accumulating mutants when H2 production has improved [8]. Nevertheless, none of these methods has achieved commercial maturity.

Thus, simple and economical methods that foster a condition, known as “anaerobic oxygenic photosynthesis” must be developed, in which photosynthetic O2 is consumed as soon as it is released, creating conditions in which anaerobic H2 metabolism occurs [9]. Such O2 consumption would improve the H2 production because both processes—photosynthesis and carbohydrate catabolism—will donate electrons to the hydrogenase. To demonstrate this concept, reducing agents are used to decreasing the generated O2 by photosynthesis and to induce the anaerobic H2 production in microalgae, when photosynthesis and mitochondrial respiration occur simultaneously.

Various agents reduce dissolved O2 in culture media. Sodium sulfite is an inorganic salt with antioxidant and preservative properties, it is oxidized and converted into sodium sulfate and thus scavenge O2. Sulfites affect hydrogenase formation in cultures of Scenedesmus but not its activity [10]. Also, sodium sulfite and sodium bisulfite prevent the accumulation of photosynthetic O2 in Phaeodactylum tricornutum cultures [11]. Sodium thiosulfate is a reducing reagent that scavenges reactive O2 species (ROS) and protects Chlorella sp. and Chlorella sorokiniana cells [12] and [13]. Hydroquinone is a phenol that reacts with molecular O2 (auto-oxidation) in alkali solutions [14] and removes O2 from aqueous medium [15]. The rate of auto-oxidation is pH-dependent, occurring very rapidly at alkaline pH to yield a brown solution but very slowly in acidic medium. Its ecotoxicity is high (

ผลลัพธ์ (ไทย) 1:

สาหร่ายมีจุลินทรีย์สังเคราะห์แสงที่แปลงพลังงานแสงอาทิตย์เป็นพลังงานเคมี ซึ่งสามารถเปลี่ยนเส้นทางสรีรวิทยาการผลิตไฮโดรเจน (H2) ดำรงการผลิต H2 โดยสาหร่ายมีข้อดีหลายประการ เช่น CO2 อายัด น้ำเสียเมื่อมีใช้เป็นสื่อวัฒนธรรมเติบโตชีวมวลสาหร่าย ววิธี เจริญเติบโตของสาหร่ายไม่ตามฤดูกาล วัฒนธรรมสามารถติดตั้งในดินแดน nonarable และขึ้นอยู่กับสายพันธุ์สาหร่าย ผลพลอยได้ที่มีคุณค่าได้ [1]การผลิต H2 โดยสาหร่ายถูกจัดประเภทเป็น 2 ประเภท: ตรง photolysis เมื่อผลิต H2 จากอิเล็กตรอนที่เกิดขึ้นจากกระบวนการแยกน้ำสังเคราะห์แสง และทางอ้อม photolysis เมื่อผลิต H2 จากอิเล็กตรอนที่มาจากคาร์โบไฮเดรตแคแทบอลิซึม [2] ในกระบวนการทั้งสอง, [Fe] -hydrogenase ลดอิเล็กตรอนให้ก๊าซ H2 โมเลกุล อย่างไรก็ตาม hydrogenase นิพจน์และกิจกรรมของจะถูกระงับ โดยออกซิเจน (O2) ที่ผลิต โดยการสังเคราะห์ด้วยแสง [3] ดังนั้น ในช่วงตรง photolysis นอกเหนือจากผลิต H2 สาหร่ายผลิต O2 ซึ่งจะยับยั้ง [Fe] -hydrogenase ดังนั้น H2 ผลิต และที่อยู่นี้เข้ากันในการผลิต H2 และ O2 พร้อมกัน นักวิจัยบางคนได้มุ่งเน้นในการระบุ หรือการปรับปรุงพันธุกรรมวิศวกรรมสาหร่ายกับ O2 torelant hydrogenases O2 ถูกจำกัดเข้าถึงไซต์เร่งปฏิกิริยา [4] ในทางกลับกัน ส่งผลทางอ้อม photolysis เมื่อผลิต H2 และ O2 จะแยกออกตามเวลา: กิจกรรมสังเคราะห์แสง oxygenic จะลด หรือ ยับยั้ง ในขณะที่หายใจยลยังคงไม่เปลี่ยนแปลง ใช้ O2 อยู่ ภายใต้เงื่อนไขดังกล่าว มีการใช้ O2 โดยเซลล์ การสร้างเงื่อนไขไม่ใช้ออกซิเจนที่จำเป็นแสดง hydrogenase ไวต่อ O2 และ การดำเนินการผลิต H2 ที่สุทธิ การเปลี่ยนแปลงอัตราการสังเคราะห์ด้วยแสง: หายใจในสาหร่าย นักวิจัยได้เสนอกลยุทธ์ต่าง ๆ เช่นกีดกันสารซัลเฟอร์ที่ reversibly เป็นยับยั้ง PSII [5]; การกลายพันธุ์ที่ประกอบด้วยการตัดเก็บเกี่ยวแสงเสาอากาศเพื่อเพิ่มการผลิต H2 [6]; กลายพันธุ์กับกิจกรรม permease ซัลเฟตต่ำ ซัลเฟตจากคลอโรพลาสต์ การจัดหาซึ่งส่งผลให้มีกนิซัลเฟตขาดเซลล์ [7]; และแป้งไปสะสมกลายพันธุ์เมื่อได้มีการปรับปรุงการผลิต H2 [8] แต่ ไม่มีวิธีการเหล่านี้ได้ประสบความสำเร็จในเชิงพาณิชย์ครบดังนั้น วิธีที่ง่าย และประหยัดที่เสริมสภาพ ที่เรียกว่า "ไม่ใช้ออกซิเจนสังเคราะห์ oxygenic" ต้องได้รับการ พัฒนา O2 สังเคราะห์แสงถูกใช้งานทันทีที่ถูกปล่อยออกมา การสร้างเงื่อนไขใน H2 ซึ่งไม่ใช้ออกซิเจนเผาผลาญเกิดขึ้น [9] การใช้ O2 ดังกล่าวจะช่วยปรับปรุงการผลิต H2 เนื่องจากกระบวนการทั้งสอง — แคแทบอลิซึมของคาร์โบไฮเดรตและสังเคราะห์แสง — จะบริจาคอิเล็กตรอน hydrogenase แสดงให้เห็นถึงแนวคิด ตัวแทนการลดจะใช้ในการลด O2 สร้าง โดยการสังเคราะห์แสง และ เพื่อก่อให้เกิดการผลิต H2 ที่ไม่ใช้ออกซิเจนในสาหร่าย เมื่อสังเคราะห์แสงและหายใจยลเกิดขึ้นพร้อมกันตัวแทนต่าง ๆ ลด O2 ละลายในสื่อวัฒนธรรม เกลือนินทรีย์ที่ มีสารต้านอนุมูลอิสระและคุณสมบัติของสารกันบูดคือโซเดียมซัลไฟต์ มันถูกออกซิไดซ์ และเปลี่ยนเป็นโซเดียมซัลเฟต และดังนั้น วัน ๆ O2 ซัลไฟต์ที่มีผลต่อ hydrogenase ก่อตัวในวัฒนธรรมของ Scenedesmus แต่ไม่กิจกรรมการ [10] ยัง โซเดียมซัลไฟต์และโซเดียมไบซัลไฟต์ป้องกันการสะสมของ O2 ดำรงในวัฒนธรรมอื่น[ข้อมูล [11] โซเดียม thiosulfate เป็นน้ำยาลดที่ scavenges ปฏิกิริยา O2 พันธุ์ (ROS) และ Chlorella sp.ปก ป้อง และเซลล์สาหร่าย sorokiniana [12] [13] Hydroquinone เป็นฟีนอลที่ทำปฏิกิริยากับโมเลกุล O2 (อัตโนมัติ-oxidation) ในโซลูชั่นด่าง [14] และเอา O2 จากน้ำปานกลาง [15] อัตราการเกิดออกซิเดชันอัตโนมัติคือ pH ขึ้นอยู่กับ เกิดขึ้นอย่างรวดเร็ว ที่ pH ด่างให้ผลการแก้ไขปัญหาน้ำตาล แต่ช้ามากเป็นกรดปานกลาง งแวดล้อมของมันจะสูง (< 1 mg/L สำหรับสิ่งมีชีวิต) แตกต่างกันระหว่างพันธุ์ cyanobacterial พันธุ์การไว้ท์ [16], ในขณะที่สายพันธุ์สาหร่ายสีเขียว ยีสต์ เชื้อรา และพืชมีมากขึ้นทนไฟ [17] ผลยับยั้งของสารฟีนอ เช่นลิกนิ จะ เป็น algistatic มากกว่า algicidal [18]; ดังนั้น hydroquinone อาจมีผลกระทบคล้ายในสาหร่ายในวัฒนธรรมของสาหร่าย ลดตัวแทนทำหน้าที่เป็นสารต้านอนุมูลอิสระที่วัน ๆ ลอย ปกป้องเซลล์จากนั้น [19] ตัวอย่างทั่วไปของสารต้านอนุมูลอิสระในสิ่งมีชีวิตที่สังเคราะห์แสงได้แก่สี โลหะ สารซัลไฟต์ cysteine และวิตามินซี [20] และ [21] Cysteine เป็นตัวแทนลดที่ใช้ในการเตรียมสื่อที่ไม่ใช้ออกซิเจนสำหรับการเจริญเติบโตของจุลินทรีย์ที่ไม่ใช้ออกซิเจนอย่างเคร่งครัด [22] Cysteine มีคุณสมบัติประกอบกับของ thiol กลุ่ม ซึ่งทำปฏิกิริยากับกลุ่ม thiol cysteine อื่นเพื่อสร้างพันธะไดซัลไฟด์ ปลดปล่อย 2 H + ที่ทำปฏิกิริยากับ O2 ฟอร์มน้ำลด กลุ่ม thiol ช่วยเซลล์ในการต่อสู้กับความเครียดออกซิเดชัน โดยปฏิกิริยา O2 พันธุ์ ถ่ายภาพดังกล่าวเป็น

ผลลัพธ์ (ไทย) 2:

สาหร่ายขนาดเล็กเป็นจุลินทรีย์สังเคราะห์แสงที่แปลงพลังงานแสงอาทิตย์เป็นพลังงานเคมีซึ่งสามารถเปลี่ยนเส้นทางไปทางสรีรวิทยาการผลิตไฮโดรเจน (H2) การผลิตสังเคราะห์ H2 โดยสาหร่ายมีข้อดีหลายประการเช่นการอายัด CO2; การบำบัดทางชีวภาพของน้ำเสียเมื่อมันถูกนำมาใช้เป็นสื่อกลางในวัฒนธรรมที่จะเติบโตชีวมวลสาหร่าย; การเจริญเติบโตของสาหร่ายทะเลขนาดเล็กไม่ได้เป็นตามฤดูกาล; วัฒนธรรมที่สามารถติดตั้งได้ในดินแดน nonarable; และขึ้นอยู่กับสายพันธุ์สาหร่ายที่ผลพลอยได้ที่มีคุณค่าสามารถรับได้ [1]. ผลิต H2 โดยสาหร่ายแบ่งออกเป็น 2 ประเภท: photolysis โดยตรงเมื่อ H2 ผลิตจากอิเล็กตรอนที่เกิดขึ้นจากกระบวนการแยกน้ำของการสังเคราะห์และ photolysis ทางอ้อม เมื่อ H2 ผลิตจากอิเล็กตรอนที่มาจากคาร์โบไฮเดรต catabolism [2] ในกระบวนการทั้งสอง [เฟ] -hydrogenase ลดอิเล็กตรอนก๊าซ H2 โมเลกุล อย่างไรก็ตามการแสดงออก hydrogenase และกิจกรรมที่มีการปราบปรามโดยออกซิเจน (O2) ที่ผลิตโดยการสังเคราะห์ [3] ดังนั้นในช่วง photolysis โดยตรงนอกเหนือไปจากการสร้าง H2, สาหร่ายผลิต O2 ซึ่งยับยั้งการเปิด [เฟ] -hydrogenase และทำให้การผลิต H2. ในการแก้ไขความไม่ลงรอยกันใน H2 พร้อมกันและการผลิต O2, นักวิจัยบางคนได้มุ่งเน้นไปที่การระบุหรือปรับปรุงพันธุกรรม สาหร่ายวิศวกรรมที่มี hydrogenases O2-torelant ที่ O2 ถูก จำกัด จากการเข้าถึงเว็บไซต์เร่งปฏิกิริยา [4] ตรงกันข้าม photolysis ทางอ้อมจะมีผลเมื่อ O2 และผลิต H2 ถูกคั่นด้วยเวลา: กิจกรรมการสังเคราะห์แสง oxygenic จะลดลงหรือยับยั้งขณะหายใจยลยังคงไม่เปลี่ยนแปลงการบริโภค O2 ปัจจุบัน ภายใต้เงื่อนไขดังกล่าวมีการบริโภคสุทธิ O2 โดยเซลล์การสร้างสภาวะไร้ออกซิเจนที่จำเป็นในการแสดงความ hydrogenase O2 ๆ ไปและจะดำเนินการผลิต H2 ในการปรับเปลี่ยนการสังเคราะห์: อัตราการหายใจในสาหร่ายนักวิจัยได้นำเสนอกลยุทธ์หลายอย่างเช่นการกีดกันของสารอาหารที่มีกำมะถันพลิกกลับยับยั้งการ PSII ม [5]; การกลายพันธุ์ที่มีเสาอากาศแสงเก็บเกี่ยวที่ถูกตัดทอนเพื่อเพิ่มการผลิต H2 [6]; การกลายพันธุ์ที่มีซัลเฟตต่ำ permease กิจกรรมที่ จำกัด ซัลเฟตจากการจัดหา chloroplast ผลในฟีโนไทป์เซลล์ซัลเฟตปราศจาก [7]; และแป้งมากกว่าสะสมกลายพันธุ์เมื่อผลิต H2 ได้ดีขึ้น [8] แต่ไม่มีวิธีการเหล่านี้ได้ประสบความสำเร็จครบกําหนดในเชิงพาณิชย์. ดังนั้นวิธีการที่ง่ายและประหยัดที่ส่งเสริมให้เกิดสภาพที่เรียกว่า "การสังเคราะห์แสง oxygenic แบบไม่ใช้ออกซิเจน" จะต้องได้รับการพัฒนาซึ่งในการสังเคราะห์แสง O2 มีการบริโภคเร็วที่สุดเท่าที่มันจะถูกปล่อยออกสร้างเงื่อนไขในการที่ การเผาผลาญอาหาร H2 แบบไม่ใช้ออกซิเจนเกิดขึ้น [9] การบริโภค O2 ดังกล่าวจะปรับปรุงการผลิต H2 เพราะทั้งกระบวนการสังเคราะห์แสงและคาร์โบไฮเดรต catabolism จะบริจาคอิเล็กตรอน hydrogenase แสดงให้เห็นถึงแนวคิดนี้รีดิวซ์ที่ใช้ในการลดการสร้าง O2 โดยการสังเคราะห์แสงและการที่จะทำให้เกิดการผลิต H2 แบบไม่ใช้ออกซิเจนในสาหร่ายเมื่อสังเคราะห์แสงและการหายใจยลเกิดขึ้นพร้อมกัน. ตัวแทนต่างๆลดเลือนหายไป O2 ในสื่อวัฒนธรรม โซเดียมซัลไฟต์เป็นเกลือนินทรีย์ที่มีคุณสมบัติต้านอนุมูลอิสระและสารกันบูดก็จะถูกออกซิไดซ์และเปลี่ยนเป็นโซเดียมซัลเฟตจึงไล่ O2 ซัลไฟต์ส่งผลกระทบต่อการก่อ hydrogenase ในวัฒนธรรมของ Scenedesmus แต่ไม่กิจกรรม [10] นอกจากนี้ซัลไฟต์และโซเดียม bisulfite ป้องกันการสะสมของการสังเคราะห์แสง O2 ใน Phaeodactylum วัฒนธรรม tricornutum [11] โซเดียมไธโอซัลเฟตเป็นสารลดการที่ scavenges ปฏิกิริยา O2 สายพันธุ์ (ROS) และปกป้อง Chlorella SP และ Chlorella sorokiniana เซลล์ [12] และ [13] Hydroquinone เป็นฟีนอลที่ทำปฏิกิริยากับโมเลกุล O2 (Auto ออกซิเดชัน) ในการแก้ปัญหาด่าง [14] และลบ O2 จากสื่อที่เป็นน้ำ [15] อัตราอัตโนมัติออกซิเดชันมีค่า pH ขึ้นอยู่กับที่เกิดขึ้นอย่างรวดเร็วมากที่พีเอชอัลคาไลน์เพื่อให้การแก้ปัญหาน้ำตาล แต่ช้ามากในสื่อที่เป็นกรด กระทบต่อระบบนิเวศน์ของมันคือสูง (<1 มิลลิกรัม / ลิตรสำหรับการมีชีวิตในน้ำ) ที่แตกต่างกันระหว่างเผ่าพันธุ์ที่สายพันธุ์ไซยาโนแบคทีเรียที่มีความไวสูงที่ hydroquinone [16] ในขณะที่สีเขียวสายพันธุ์สาหร่ายยีสต์เชื้อราและพืชทนไฟมากขึ้น [17] ยับยั้งของสารฟีนอลเช่นลิกนินดูเหมือนจะ algistatic มากกว่า algicidal [18]; จึง hydroquinone อาจจะมีผลที่คล้ายกันในสาหร่าย. ในวัฒนธรรมสาหร่ายตัวแทนลดทำหน้าที่เป็นสารต้านอนุมูลอิสระที่ไล่ ROS ปกป้องเซลล์กับพวกเขา [19] ตัวอย่างทั่วไปของสารต้านอนุมูลอิสระในสิ่งมีชีวิตสังเคราะห์ ได้แก่ สีโลหะ, สารประกอบซัลไฟต์, cysteine ​​และวิตามินซี [20] และ [21] cysteine ​​เป็นตัวแทนการลดการใช้ในการเตรียมสื่อแบบไม่ใช้ออกซิเจนในการเจริญเติบโตของเชื้อจุลินทรีย์แบบไม่ใช้ออกซิเจนอย่างเคร่งครัด [22] cysteine ​​ได้ลดคุณสมบัติประกอบกับกลุ่ม thiol ซึ่งทำปฏิกิริยากับกลุ่มของ thiol cysteine ​​อื่นในการสร้างพันธะไดซัลไฟด์ที่ปลดปล่อย 2H + ที่ทำปฏิกิริยากับ O2 ในรูปแบบน้ำ กลุ่ม thiol ช่วยให้เซลล์ในการต่อสู้กับความเครียดออกซิเดชันโดยจับปฏิกิริยา O2 สายพันธุ์ดังกล่าว