Hydrogengas fra enzymproduktion

Forskere ved Freie Universität Berlin og Ruhr-Universität Bochum har afdækket et afgørende reaktionsprincip for brintproducerende enzymer. Team ledet af Dr. Ulf-Peter Apfel i Bochum og Dr. Sven T. Stripp ved Freie Universität undersøgte produktionen af ​​molekylært brint i encellede grønne alger. De var i stand til at demonstrere, hvordan enzymet lykkes i at overføre to elektroner i træk til to hydrogenioner og derved antage stabile mellemliggende tilstande. Hydrogengas betragtes som fremtidens energikilde. Dermed, der er stor industriel interesse i at belyse mekanismen for biologisk produktion. Resultaterne blev offentliggjort i det seneste nummer af tidsskriftet Angewandte Chemie .

I den levende natur finder en række kemiske reaktioner sted meget langsomt. Anvendelsen af ​​enzymer øger sandsynligheden eller hastigheden for en reaktion (katalyse). Ofte spiller levering og fjernelse af elektroner også en rolle - dette kaldes reduktion og oxidation. Særlige enzymer, hydrogenaser, fremskynde omdannelsen af ​​hydrogenioner (protoner) til hydrogengas med høj effektivitet. De absorberer overskydende elektroner, der genereres under fotosyntesen og frigiver hydrogengas som et biprodukt. Denne proces kan beskrives som en reduktion af to protoner med to elektroner, hvorved reaktionen finder sted i flere trin.

"Efter at have modtaget en første elektron, et enzym er typisk mindre tilbøjeligt til at acceptere et andet, "understreger Dr. Sven Stripp. På trods af dette, to elektroner kan overføres til to protoner. Ved hjælp af syntetiske hydrogenaseenzymer, avanceret infrarød spektroskopi, og elektrokemiske metoder, forskerne undersøgte, hvordan dette er muligt. De demonstrerede, at optagelsen af ​​en elektron i enzymets katalytiske centrum er koblet med bindingen af ​​en proton. Protonens positive ladning kompenserer for elektronens negative ladning. I kemi er denne proces kendt som protonkoblet elektronoverførsel (PCET). "Dermed, den anden elektron kan overføres med tilsvarende sandsynlighed som den første, "siger Dr. Ulf-Peter Apfel.

Ifølge forfatterne, denne observation har stor relevans for at forstå den katalytiske mekanisme for hydrogenaser og for design af syntetiske komplekser til produktion af hydrogengas. Ud over, forskerne spekulerer i, at PCET -processer også kunne forklare optagelsen af ​​flere elektroner i andre enzymer, fordi mange af disse makromolekyler bærer katalytiske centre af jern og svovlatomer, svarende til hydrogenases.