Producción Biológica de Hidrógeno III - Biofotólisis del agua

Es llevada a cabo por microorganismos fotosintéticos oxigénicos (cianobacterias y algas unicelulares). Partiendo del agua como donador de electrones en el inicio de la fotosíntesis y el flujo de tales electrones a lo largo del diagrama en Z, éstos pueden una vez llegan a la ferredoxina, ser reutilizados (fotofosforilación cíclica), empleados para la reducción de CO₂ o para la formación de H₂.

La formación de H₂ se debe a la actividad específica de la hidrogenasa:

2 H⁺ + 2 e^- ↔ H₂

o, a la actividad de una nitrogenasa, que genera H₂ de forma secundaria a la producción de amoniaco:

N₂ + 8 H⁺ + 8 e^- → 2 NH₃ + H₂

* La estequiometría de la reacción depende del tipo de nitrogenasa. En este caso, Mo-nitrogenasa.

Esquema de la biofotólisis indirecta.

De Hallenbeck & Benemann (2002).

Sin embargo, la producción de hidrógeno por este proceso es altamente ineficiente pues necesita que haya una escasa actividad fotolítica del agua por parte del fotosistema II combinada con anaerobiosis, lo que lleva a una degradación irreversible de los cultivos.

Para evitar tales problemas, se ha intentado abordar el proceso desde diversos ángulos: cultivos en ausencia reversible de azufre, mutagénesis dirigida y aleatoria para conseguir hidrogenasas menos sensibles al oxígeno, inhibir el transporte cíclico de electrones, estimular la respiración para reducir el O₂ libre en la célula,… Esta es la denominada biofotólisis directa.

Existe otro proceso bajo el nombre de biofotólisis denominado biofotólisis indirecta, del que se tratará más adelante dentro de los Sistemas Complejos.