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Biotecnologia Aplicada
Elfos Scientiae
ISSN: 0684-4551
Vol. 16, No. 3, 1999
Bioline Code: ba99023
Full paper language: English
Document type: Research Article
Document available free of charge

Biotecnologia Aplicada, Vol. 16, No. 3, 1999

 en Cyanobacterial H2 Metabolism: Knowledge and Potential/Strategies for a Photobiotechnological Production of H2

Abstract

Biotecnologia Aplicada 1999; Vol. 16 No. 3, pp. 141-144

Cyanobacterial H2 Metabolism: Knowledge and Potential/Strategies for a Photobiotechnological Production of H2

Peter Lindblad

Code Number: BA99023

ABSTRACT

Molecular hydrogen is an environmentally clean source of energy that may be a valuable alternative to the limited fossil fuel resources of today. For photobiological H2 production, cyanobacteria are among the ideal candidates since they have the simplest nutritional requirements: they can grow in air (N2 and CO2), water (electrons and reducing agents), and simple mineral salts with light as the only source of energy. In N2-fixing cyanobacteria, H2 is mainly produced by nitrogenases, but its partial consumption is quickly catalyzed by a unidirectional uptake hydrogenase. In addition, a bidirectional (reversible) enzyme may also oxidize some of the molecular hydrogen. Filamentous cyanobacteria have been used in bioreactors for the photobiological conversion of H2O to H2. However, the conversion efficiencies achieved are low because the net H2 production is the result of H2 evolution via a nitrogenase and H2 consumption mainly via an uptake hydrogenase. Consequently, the improvements of the conversion efficiency are achieved through the optimization of the conditions for H2 evolution by the nitrogenase and through the production of mutants deficient in H2 uptake activity. Symbiotic cells are of fundamental interest since they in situ "function as a bioreactor", possess a high metabolism and there is transfer of metabolite(s) from symbiont to host, but almost no growth. This communication presents the general knowledge about hydrogen metabolism/hydrogenases in filamentous cyanobacteria, outline strategies for improving the capacity of H2 production by filamentous strains, and stresses the importance of international cooperations and networks.

Keywords: biotechnology, cyanobacteria, H2 evolution/uptake, hydrogenase, Nostoc

RESUMEN

El hidrógeno molecular constituye una fuente de energía limpia y una alternativa potencial frente a los limitados recursos de combustibles fósiles. Las cianobacterias son candidatos ideales para la producción fotobiológica de H2, ya que tienen los requerimientos nutricionales más simples: pueden crecer en aire (N2 y CO2), agua (electrones y agentes reductores) y sales minerales, con la utilización de la luz solar como única fuente de energía. En las cianobacterias fijadoras de N2, el H2 es producido fundamentalmente por nitrogenasas. Sin embargo, su consumo parcial es rápidamente catalizado por una hidrogenasa unidireccional. Además, una enzima bidireccional (reversible) también puede oxidar parte del H2 molecular. Las cianobacterias filamentosas han sido empleadas en biorreactores para la conversión fotobiológica de H2O en H2. Sin embargo, las eficiencias de conversión logradas han sido bajas debido a que la producción neta de H2 resulta de la evolución de H2 a través de una nitrogenasa y el consumo de H2 fundamentalmente a través de una hidrogenasa. En consecuencia, para incrementar la eficiencia de conversión se requiere, por un lado, la optimización de las condiciones de evolución de H2 por la nitrogenasa y, por otro, produccir mutantes deficientes en la actividad de asimilación de H2. Las células simbióticas son de especial interés porque "funcionan como biorreactores" in situ, presentan un metabolismo intenso y hay transferencia de uno o más metabolitos del simbionte al hospedero sin crecimiento prácticamente. Este trabajo presenta una revisión sobre el conocimiento general que se tiene del metabolismo del H2 y las hidrogenasas en cianobacterias filamentosas, destaca estrategias para mejorar la capacidad de producción de H2 por cepas filamentosas, y hace énfasis en la importancia del intercambio y la cooperación internacionales.

Palabras claves: biotecnología, cianobacterias, evolución/consumo de H2, hidrogenasa, Nostoc

Copyright 1999 Elfos Scientiae

 

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