Utilizando una técnica recientemente desarrollada y una de las fuentes de rayos X más avanzadas del mundo, investigadores de Japón, Alemania y Estados Unidos están estudiando enzimas que pueden producir gas hidrógeno. Comprender estas reacciones podría ser importante para desarrollar una economía de combustible limpio impulsada por hidrógeno. Crédito:Cramer Lab, UC Davis
Usando una técnica recientemente desarrollada, investigadores de Japón, Alemania y Estados Unidos han identificado un paso clave en la producción de gas hidrógeno por una enzima bacteriana. Comprender estas reacciones podría ser importante para desarrollar una economía de combustible limpio impulsada por hidrógeno.
El equipo estudió hidrogenasas, enzimas que catalizan la producción de hidrógeno a partir de dos organismos ampliamente distribuidos: Chlamydomonas reinhardtii , un alga unicelular y Desulfovibrio desulfuricans, una bacteria.
En ambos casos, sus enzimas hidrogenasas tienen un sitio activo con dos átomos de hierro.
"Entre las hidrogenasas, [FeFe] hidrogenasa tiene la tasa de rotación más alta (tasa de producción de hidrógeno molecular) y, por lo tanto, tiene un papel potencial en la futura economía del hidrógeno. ya sea por un uso directo o por un complejo sintético que tiene un centro de reacción similar, ", dijo el profesor Stephen P. Cramer en el Departamento de Química de UC Davis y coautor del artículo junto con los estudiantes graduados Cindy C. Pham (coautor principal) y Nakul Mishra y el científico del proyecto Hongxin Wang en el mismo departamento.
Los investigadores utilizaron una técnica llamada espectroscopia vibratoria resonante nuclear (NRVS) para seguir las estructuras vibratorias y la actividad de análisis en los átomos de hierro de la enzima. NRVS requiere equipo especial, y actualmente solo está disponible en cuatro sitios en el mundo:el sincrotrón SPring-8 en Hyogo, Japón, dónde se llevó a cabo este estudio; la fuente de fotones avanzada en el laboratorio nacional de Argonne, Illinois; la instalación europea de radiación sincrotrón en Grenoble, Francia; y Petra-III en Hamburgo, Alemania.
El alga verde unicelular Chlamydomonas reinhardtii tiene una enzima a base de hierro que puede generar gas hidrógeno. Crédito:JGI
Usando NRVS, el equipo pudo demostrar que los átomos de hierro forman brevemente un hidruro (hierro-hidrógeno) antes de liberar hidrógeno molecular (H2). Es el primer experimento exitoso de este tipo sobre hidrogenasas [FeFe] de origen natural, Dijo Wang.
"El resultado exitoso de esta investigación se debe a la amplia colaboración entre bioquímicos, espectroscopistas, físicos y teóricos experimentales, ", Dijo Wang." Esto inicia un viaje para buscar información específica sobre el hierro para todos los intermedios en [FeFe] hidrogenasa en el futuro ".
Autores adicionales en el artículo, publicado en línea en el Revista de la Sociedad Química Estadounidense son:Vladimir Pelmenschikov, Universidad Técnica de Berlín, Alemania; James Birrell, Constanze Sommer, Edward Reijerse y Wolfgang Lubitz, Instituto Max Planck para la Conversión de Energía Química, Mülheim an der Ruhr, Alemania; Casseday Richers y Thomas Rauchfuss, Universidad de Illinois; Kenji Tamasaku y Yoshitaka Yoda, PRIMAVERA-8, Hyogo, Japón. El trabajo fue apoyado en parte por subvenciones de los Institutos Nacionales de Salud y la Sociedad Max Planck.
