Hvordan enzymer producerer brint

Forskere ved Ruhr-Universität Bochum og Freie Universität Berlin har præciseret det afgørende katalytiske trin i produktionen af ​​brint med enzymer. Enzymerne, kaldet [FeFe] -hydrogenaser, effektivt omdanne elektroner og protoner til brint. De er således en kandidat til den bioteknologiske produktion af den potentielle energikilde. "For at producere brint i industriel skala ved hjælp af enzymer, vi skal præcist forstå, hvordan de fungerer, "siger prof. Thomas Happe, en af ​​forfatterne til undersøgelsen.

Teamet ledet af Happe og Dr. Martin Winkler fra den Bochum-baserede fotobioteknologiske arbejdsgruppe rapporterer om resultaterne med Berlin-baserede kolleger ledet af Dr. Sven Stripp i tidsskriftet Naturkommunikation .

Enzym virker i to retninger

Hydrogenaser kan arbejde i to retninger:de gør protoner og elektroner til brint, og også opdele hydrogen i protoner og elektroner. Disse reaktioner finder sted i det aktive centrum af hydrogenasen, som er en kompleks struktur omfattende seks jern- og seks svovlatomer, kaldet H-klyngen. Under den katalytiske proces, denne klynge passerer gennem talrige mellemstater.

Når molekylært brint (H2) deles, brintmolekylet binder i første omgang til H-klyngen. "Hydrogenase -forskere var altid overbeviste om, at H2 måtte dele sig ujævnt i reaktionens første trin, "forklarer Martin Winkler. Ideen:En positivt ladet proton (H+) og en negativt ladet hydridion (H-) skabes, som derefter fortsætter med at reagere hurtigt for at danne to protoner og to elektroner. "Hydridtilstanden i det aktive enzym, hvor hydridionen således er bundet til det aktive center, er meget ustabil - indtil videre har ingen været i stand til at verificere dette, "siger Winkler. Det er netop det, forskerne nu har opnået.

Trick gør ustabil tilstand synlig

Ved hjælp af et trick, de forstærkede H-klyngetilstanden med hydridionen, så det kunne verificeres spektroskopisk. Når brint deles, der opnås en kemisk ligevægt mellem de involverede reaktionspartnere - protoner, hydridioner og brintmolekyler. Koncentrationerne af de tre brinttilstande bestemmes af en dynamisk ligevægt af katalytiske H-klyngetilstande. Da forskerne tilføjede store mængder protoner og brint til blandingen udefra, de tippede balancen - til fordel for hydridtilstanden. Det aktive center med den negativt ladede hydridion akkumuleret i en større mængde; nok til at være målbar.

Holdet demonstrerede også hydrid mellemliggende tilstand, som også forekommer under brintproduktion, i yderligere forsøg med hydrogenaser, der var blevet ændret på en bestemt måde.

"Vi var således i stand til at demonstrere det katalytiske princip for disse hydrogenaser i et forsøg for første gang, "opsummerer Thomas Happe." Dette giver et afgørende grundlag for at gengive H-klyngens meget effektive katalytiske mekanisme til industriel produktion af brint. "Enzymerne kan omdanne op til 10, 000 brintmolekyler pr. Sekund.