Je leest:

Knutselen aan fotosynthese

Knutselen aan fotosynthese

Auteur: | 10 oktober 2013

Om de productie van algen efficiënter te kunnen maken, moeten we eerst begrijpen hoe fotosynthese bij deze organismen precies in elkaar steekt. Aan de Vrije Universiteit van Amsterdam doen ze daar onderzoek naar.

De alg Botryococcus braunii kan zich verheugen op de warme belangstelling van de wetenschap. Het blijkt een bijzonder goede producent van specifieke koolwaterstoffen die als basis zouden kunnen dienen voor de productie van biodiesel. Onder optimale omstandigheden bestaat wel 80% van het gewicht van de alg uit deze koolwaterstoffen. ‘De alg heeft daarbij wel één groot nadeel’, vertelt Tom van den Berg, promovendus aan de vakgroep biofysica, fotosynthese & energie van de Vrije Universiteit in Amsterdam. ‘_B. braunii_ groeit heel traag. Dat maakt hem op dit moment weer minder geschikt als producent van biodiesel.’

Het onderwerp van het promotieonderzoek van Van den Berg is de fotosynthese in deze alg. Algen hebben net als andere planten chloroplasten in hun cellen: de typerende groene celonderdelen waarmee zij zonlicht kunnen vangen. Van den Berg: ‘Ons onderzoek is erop gericht om de verschillende onderdelen van de cel waarmee licht wordt gevangen en vastgelegd beter te begrijpen. Als je algen wilt veranderen zodat ze nog efficiënter omgaan met het aangeboden zonlicht, of je wilt ze precies het goede licht van de juiste kwaliteit en hoeveelheid aanbieden, dan zul je eerst inzicht moeten krijgen in de specifieke eigenschappen van het fotosysteem waarmee licht wordt gevangen en vastgelegd.’

Beperkte capaciteit

Fotosynthetische organismen zetten de lichtenergie – die moeilijk te gebruiken en op te slaan is – om in een energievorm die voor langere tijd bewaard kan worden, zoals suikers. Daar zit een nadeel aan: maar een beperkt deel van de energie van het licht kan worden opgeslagen in deze ‘brandstofmoleculen’. De huidige wetenschap is erop gericht om dit proces te begrijpen en te verbeteren.

‘De beperking van een plantencel om zonlicht om te zetten in bruikbare energie zit hem niet in de efficiëntie van de betrokken eiwitten’, vertelt professor Roberta Croce, de promotor van Van den Berg. ‘In membranen binnenin de chloroplasten zitten gespecialiseerde eiwitten die het licht vangen: de fotosystemen I en II. Die zijn op zichzelf extreem efficiënt. In veel planten en algen kunnen die eiwitten in principe het theoretisch maximum van ongeveer 10% van de gevangen zonne-energie omzetten in chemische energie, vastgelegd in biomassa. Het probleem is dat dit alleen goed gaat in condities met weinig licht. Als er veel licht is neemt niet alleen de efficiëntie af maar zal het fotosysteem zelfs beschadigd raken. Alle organismen die fotosynthese gebruiken hebben daarom methoden ontwikkeld om deze schade te beperken: ze geven een groot deel van de opgenomen lichtenergie weer af als warmte. Deze mechanismen zijn gericht op het overleven van het organisme, maar als het draait om productie is weggegooide energie natuurlijk zonde. Daarom proberen we dit proces beter te begrijpen en aan te passen.’

Botryococcus braunii.

De aanpak van de VU-onderzoekers is fundamenteel van aard: ze proberen de fotosystemen tot in het kleinste detail te begrijpen voor ze iets aan het licht of aan de alg willen veranderen. Van den Berg: ‘Het helpt dat de membranen in de chloroplasten vol met fotosystemen zitten. Zo kunnen we de individuele systemen isoleren. Om het goed te begrijpen onderzoeken we fotosynthese niet alleen in levende algen, maar we kunnen de geïsoleerde fotosystemen ook aan verschillende lichtomstandigheden blootstellen, zodat we meer leren over de individuele eigenschappen.’

De fotosystemen in de cel van algen hebben ‘antennes’ waarmee zij de fotonen uit het zonlicht kunnen opvangen. In die antennes zitten pigmenten zoals het bekende, groene chlorofyl, maar ook oranje carotenen. Die pigmenten geven de energie die ze uit het zonlicht hebben gehaald door aan weer een volgend pigment in het zogenoemde reactiecentrum van het fotosysteem. Daar wordt de lichtenergie omgezet in chemische energie. Door de antennes van het fotosysteem zijn de algencellen enigszins flexibel in het verwerken van licht. Komt er weinig licht binnen, dan kunnen zij de grootte van hun antennes aanpassen om de weinige beschikbare fotonen tóch te kunnen vangen.

LED

Het fundamentele werk van de algenonderzoekers kan verschillende consequenties hebben voor de praktijk, zegt professor Croce. ‘Aan de ene kant kun je je voorstellen dat er productiesystemen worden gemaakt, bijvoorbeeld in kassen, waarbij algen precies het juiste licht van de juiste golflengte krijgen aangeboden. Een vergelijkbare ontwikkeling zie je al in de glastuinbouw, waarbij tomaten en andere groenten onder LED-licht worden gekweekt. Andersom kun je je ook voorstellen dat je er voor zorgt dat algen in grootschalige culturen beter gebruik kunnen maken van de lichtenergie door ze genetisch te modificeren’, aldus Croce. ‘Maar wat je ook doet: het is cruciaal dat je eerst goed begrijpt hoe een alg met lichtenergie omgaat.

Dit artikel is een publicatie van Stichting Biowetenschappen en Maatschappij.
© Stichting Biowetenschappen en Maatschappij, alle rechten voorbehouden
Dit artikel publiceerde NEMO Kennislink op 10 oktober 2013

Discussieer mee

0

Vragen, opmerkingen of bijdragen over dit artikel of het onderwerp? Neem deel aan de discussie.

NEMO Kennislink nieuwsbrief
Ontvang elke week onze nieuwsbrief met het laatste nieuws uit de wetenschap.