Ny form for interaktion opdaget i hydrogen-producerende enzymer

Hydrogenaser kan omdanne brint lige så effektivt som dyre platinkatalysatorer. For at gøre dem anvendelige til bioteknologiske anvendelser, forskere er ved at dechifrere, hvordan de fungerer i detaljer. Et hold fra Ruhr-Universität Bochum og University of Oxford rapporterer nu i tidsskriftet Proceedings of the National Academy of Sciences ( PNAS ) at overførslen af ​​protoner og elektroner med enzymet foregår rumligt adskilt, men er ikke desto mindre koblet og dermed, en afgørende faktor for effektiviteten. Artiklen blev offentliggjort online den 10. august 2020.

Mest effektive brintproducenter

Den såkaldte klasse af [FeFe]-hydrogenaser, som for eksempel findes i grønalger, er naturens mest effektive brintproducenter. De kan både producere og spalte brint. Den egentlige kemiske reaktion finder sted på det aktive sted begravet dybt inde i enzymet. "De elektroner og protoner, der kræves til reaktionen, skal derfor finde en effektiv måde at komme dertil, " forklarer Dr. Oliver Lampret fra Photobiotechnology Research Group i Bochum, en af ​​avisens forfattere. Elektrontransport foregår via en elektrisk ledning, så at sige, bestående af flere jern-svovlklynger. Protonerne transporteres til det aktive center via en protonoverførselsvej bestående af fem aminosyrer og et vandmolekyle.

"Selvom det var kendt, at der var en protonkoblet elektronoverførselsmekanisme, forskere havde hidtil antaget, at koblingen kun finder sted i selve det aktive center, siger professor Thomas Happe, Leder af Photobiotechnology Research Group.

Proteinteknik gør kobling synlig

Holdet manipulerede hydrogenaserne på en sådan måde, at protonoverførslen var betydeligt langsommere, men brint kunne stadig omdannes. Ved hjælp af dynamisk elektrokemi, de viste, at hydrogenomdannelsen faldt betydeligt og endnu vigtigere, betydelige overpotentialer var nødvendige for at katalysere produktionen eller spaltningen af ​​brint. Ved at manipulere protonoverførselsvejen, forskerne havde indirekte reduceret hastigheden af ​​elektronoverførsel.

"Da de to overførselsruter er rumligt adskilte, vi antager, at en kooperativ langrækkende kobling af begge processer er nødvendig for effektiv katalyse, " konkluderer Oliver Lampret. Resultaterne skulle bidrage til at udvikle mere effektive miniaturiserede hydrogenasekatalysatorer i fremtiden.