En su centro catalítico, Las hidrogenasas fabrican hidrógeno molecular (H2) a partir de dos protones y dos electrones. Extraen los protones necesarios para este proceso del agua circundante y los transfieren, a través de una cadena de transporte, a su núcleo catalítico. La ruta exacta del protón a través de la hidrogenasa aún no se había entendido. "Esta vía de transferencia es una pieza de rompecabezas, crucial para comprender la interacción del cofactor y la proteína, razón por la cual los biocatalizadores son mucho más eficientes que los complejos químicos que producen hidrógeno, "explica el Dr. Martin Winkler, uno de los autores de este estudio del grupo de investigación de Fotobiotecnología de RUB.

Para averiguar cuáles de los componentes básicos de la hidrogenasa están involucrados en la transferencia de protones, los investigadores los sustituyeron individualmente. Reemplazaron cada uno por un aminoácido con una función similar o por un aminoácido disfuncional. Por lo tanto, Se crearon 22 variantes de dos hidrogenasas diferentes. Después, los investigadores compararon esas variantes con respecto a diferentes aspectos, incluyendo sus propiedades espectroscópicas y su actividad enzimática. "Las estructuras moleculares de doce variantes de proteínas, que se resolvieron mediante análisis de estructura de rayos X, resultó particularmente informativo, "dice Winkler.

Los aminoácidos sin función apagan las hidrogenasas

Dependiendo de dónde y cómo los investigadores habían cambiado la hidrogenasa, la producción de hidrógeno se volvió menos eficiente o se detuvo por completo. "Por lo tanto, Descubrimos por qué algunas variantes están gravemente afectadas en términos de actividad enzimática y por qué otras apenas están afectadas, en contra de todas las expectativas, "dice Martin Winkler.

Cuanto más cerca del centro catalítico se ubicaron los aminoácidos reemplazados, cuanto menos capaz era la hidrogenasa de compensar estas modificaciones. Si se incrustaran bloques de construcción sin función en ubicaciones sensibles, se interrumpió la producción de hidrógeno. "El estado así generado se asemeja a una sobresaturación debido al estrés de los protones, donde tanto los protones como el hidrógeno se introducen simultáneamente en la hidrogenasa, "elabora Martin Winkler." En el transcurso de nuestro proyecto, pudimos por primera vez estabilizar y analizar este estado altamente transitorio que ya habíamos encontrado en experimentos ".

Información valiosa de referencia

Este estudio ha permitido asignar las funciones de los aminoácidos individuales a la ruta de transferencia de protones para el grupo enzimático de las hidrogenasas [FeFe]. "Es más, proporciona información valiosa sobre el mecanismo molecular de la transferencia de protones por proteínas activas redox y los requisitos estructurales de las mismas, "concluye Thomas Happe.