Hvordan grønne alger samler deres enzymer

Forskere ved Ruhr-Universität Bochum har analyseret, hvordan grønne alger fremstiller komplekse komponenter af et brintproducerende enzym. Enzymet, kendt som hydrogenase, kan være relevant for bioteknologisk produktion af brint.

Til dato, man ved kun lidt om, hvordan organismer danner denne type hydrogenaser under naturlige forhold. Ved at bruge nye syntetiske biologiske metoder, holdet omkring Dr. Anne Sawyer, Ph.d. -studerende Yu Bai, adjunkt Dr. Anja Hemschemeier og professor Dr. Thomas Happe fra den Bochum-baserede forskningsgruppe Photobiotechnology, opdaget, at der kræves et specifikt proteinmaskineri i de grønne algekloroplaster til produktionen af ​​en funktionel hydrogenase. Forskerne publicerede deres resultater i Plantebladet .

Kompleks struktur

Holdet arbejdede med encellet algen Chlamydomonas reinhardtii. Disse organismer har et specifikt proteinmaskineri i forskellige områder af cellerne, der samler enzymer - f.eks. i de fotosynteseledende chloroplaster og i cellevæsken, dvs. cytoplasma.

Et enzym, der kræver en sådan samling, er HYDA1-enzymet, som indeholder en kompleks cofaktor, som er området inde i enzymet, hvor den faktiske brintproduktion finder sted. Cofaktoren består af en klynge af fire jern- og fire svovlatomer; en konfiguration, der ofte findes i enzymer. Hvad er usædvanligt, imidlertid, er, at en anden klynge af to yderligere jernatomer binder sig til det for brintkatalysen.

Specielt proteinmaskineri nødvendigt

Happ, Sawyer og deres kolleger havde til hensigt at identificere de elementer, der er nødvendige for at producere cofaktoren i den levende celle. De introducerede hydrogenase-prækursorer i forskellige områder af den grønne algecelle, nemlig i kloroplasten og cytoplasmaet. Proteinmaskineriet i kloroplasten var det eneste, der var i stand til at samle en fungerende hydrogenase. Maskineriet i cytoplasmaet kunne ikke producere den komplekse cofaktor.

Bakterieenzym i grønalger

I en efterfølgende test, forskerne implanterede tegningen af ​​en bakteriel hydrogenase i grønalgens genom. Chlamydomonas reinhardtii brugte det til at producere et funktionelt enzym, der effektivt genererede brint.

"Baseret på disse fund, vi kan udvikle bioteknologiske metoder, for at opnå effektiv brintproduktion i grønne alger, " siger Happe. "Vi ved nu, at maskineriet, der samler enzymer i kloroplasterne, er unikt og uerstatteligt."