Investigadores de Ruhr-Universität Bochum y Freie Universität Berlin han aclarado el paso catalítico crucial en la producción de hidrógeno por enzimas. Las enzimas, llamadas [FeFe] -hidrogenasas, convertir eficientemente electrones y protones en hidrógeno. Por tanto, son candidatos para la producción biotecnológica de la fuente de energía potencial. "Para producir hidrógeno a escala industrial con la ayuda de enzimas, debemos entender con precisión cómo funcionan, "dice el profesor Thomas Happe, uno de los autores del estudio.

El equipo dirigido por Happe y el Dr. Martin Winkler del Grupo de Trabajo de Fotobiotecnología con sede en Bochum informa sobre los resultados con colegas con sede en Berlín dirigidos por el Dr. Sven Stripp en la revista. Comunicaciones de la naturaleza .

La enzima funciona en dos direcciones.

Las hidrogenasas pueden funcionar en dos direcciones:convierten protones y electrones en hidrógeno, y también dividir el hidrógeno en protones y electrones. Estas reacciones tienen lugar en el centro activo de la hidrogenasa, que es una estructura compleja que comprende seis átomos de hierro y seis de azufre, llamado el grupo H. Durante el proceso catalítico, este grupo pasa por numerosos estados intermedios.

Cuando se divide el hidrógeno molecular (H2), la molécula de hidrógeno se une inicialmente al grupo H. "Los investigadores de la hidrogenasa siempre estuvieron convencidos de que el H2 tenía que dividirse de manera desigual en el primer paso de la reacción, "explica Martin Winkler. La idea:se crean un protón cargado positivamente (H +) y un ion hidruro cargado negativamente (H-), que luego continúan reaccionando rápidamente para formar dos protones y dos electrones. "El estado hidruro de la enzima activa, en el que el ion hidruro está así unido al centro activo, es muy inestable; hasta ahora nadie ha podido verificar esto, ", dice Winkler. Esto es precisamente lo que los investigadores han logrado ahora.

El truco hace visible el estado inestable

Usando un truco, aumentaron el estado del grupo H con el ion hidruro, para que pudiera verificarse espectroscópicamente. Cuando el hidrógeno se divide, Se logra un equilibrio químico entre los socios de reacción involucrados:protones, iones hidruro y moléculas de hidrógeno. Las concentraciones de los tres estados de hidrógeno están determinadas por un equilibrio dinámico de estados catalíticos del grupo H. Cuando los investigadores agregaron grandes cantidades de protones e hidrógeno a la mezcla desde el exterior, inclinaron la balanza, a favor del estado hidruro. El centro activo con el ion hidruro cargado negativamente acumulado en mayor cantidad; lo suficiente para ser medible.

El equipo también demostró el estado intermedio del hidruro, que también ocurre durante la producción de hidrógeno, en experimentos posteriores con hidrogenasas que se habían alterado de una manera específica.

"De este modo pudimos demostrar el principio catalítico de estas hidrogenasas en un experimento por primera vez, "resume Thomas Happe." Esto proporciona una base crucial para reproducir el mecanismo catalítico altamente eficaz del grupo H para la producción industrial de hidrógeno. "Las enzimas pueden convertir hasta 10, 000 moléculas de hidrógeno por segundo.