Las hidrogenasas pueden convertir el hidrógeno con la misma eficacia que los costosos catalizadores de platino. Con el fin de hacerlos utilizables para aplicaciones biotecnológicas, los investigadores están descifrando cómo funcionan en detalle. Un equipo de Ruhr-Universität Bochum y la Universidad de Oxford informa ahora en la revista procedimientos de la Academia Nacional de Ciencias ( PNAS ) que la transferencia de protones y electrones por la enzima tiene lugar espacialmente separados, pero, sin embargo, está acoplado y, por lo tanto, un factor decisivo para la eficiencia. El artículo se publicó en línea el 10 de agosto de 2020.

Productores de hidrógeno más eficientes

La denominada clase de [FeFe] -hidrogenasas, que se encuentran, por ejemplo, en las algas verdes, son los productores de hidrógeno más eficientes de la naturaleza. Ambos pueden producir y dividir hidrógeno. La reacción química real tiene lugar en el sitio activo enterrado profundamente dentro de la enzima. "Los electrones y protones necesarios para la reacción deben, por tanto, encontrar una forma eficiente de llegar allí, "explica el Dr. Oliver Lampret del Grupo de Investigación de Fotobiotecnología en Bochum, uno de los autores del artículo. El transporte de electrones se realiza a través de un cable eléctrico, por así decirlo, que consta de varios grupos de hierro-azufre. Los protones se transportan al centro activo a través de una vía de transferencia de protones que consta de cinco aminoácidos y una molécula de agua.

"Aunque se sabía que había un mecanismo de transferencia de electrones acoplado a protones, Los investigadores habían asumido hasta ahora que el acoplamiento solo tiene lugar en el propio centro activo, "dice el profesor Thomas Happe, Responsable del Grupo de Investigación en Fotobiotecnología.

La ingeniería de proteínas hace visible el acoplamiento

El equipo manipuló las hidrogenasas de tal manera que la transferencia de protones fue significativamente más lenta, pero el hidrógeno aún podría convertirse. Usando electroquímica dinámica, demostraron que la conversión de hidrógeno disminuyó significativamente y, lo que es más importante, Se necesitaban sobrepotenciales significativos para catalizar la producción o división de hidrógeno. Al manipular la vía de transferencia de protones, los investigadores habían reducido indirectamente la tasa de transferencia de electrones.

"Como las dos rutas de transferencia están separadas espacialmente, asumimos que un acoplamiento cooperativo de largo alcance de ambos procesos es necesario para una catálisis eficiente, ", concluye Oliver Lampret. Los hallazgos deberían ayudar a desarrollar catalizadores de hidrogenasa miniaturizados más eficientes en el futuro.