Forskare vid Ruhr-Universität Bochum har analyserat hur grönalger tillverkar komplexa komponenter i ett väteproducerande enzym. Enzymet, känd som hydrogenas, kan vara relevant för bioteknisk produktion av väte.

Hittills, lite är känt om hur organismer bildar denna typ av hydrogenaser under naturliga förhållanden. Genom att använda nya syntetiska biologiska metoder, teamet runt Dr Anne Sawyer, Doktorand Yu Bai, biträdande professor Dr Anja Hemschemeier och prof Dr Thomas Happe från den Bochum-baserade forskargruppen Photobiotechnology, upptäckt att ett specifikt proteinmaskineri i grönalgkloroplasterna krävs för produktionen av ett funktionellt hydrogenas. Forskarna publicerade sina resultat i The Plant Journal .

Komplex struktur

Teamet arbetade med encelliga algen Chlamydomonas reinhardtii. Dessa organismer har ett specifikt proteinmaskineri i olika regioner av cellerna som sätter ihop enzymer – t.ex. i de fotosyntesledande kloroplasterna och i cellvätskan, dvs cytoplasman.

Ett enzym som kräver sådan montering är HYDA1-enzymet, som innehåller en komplex kofaktor, vilket är området inuti enzymet där själva väteproduktionen sker. Kofaktorn består av ett kluster av fyra järn- och fyra svavelatomer; en konfiguration som ofta finns i enzymer. Vad är ovanligt, dock, är att ett andra kluster av två ytterligare järnatomer binder till det för vätekatalys.

Särskilda proteinmaskiner behövs

Happ, Sawyer och deras kollegor hade för avsikt att identifiera de element som är nödvändiga för att producera kofaktorn i den levande cellen. De introducerade hydrogenasprekursorer i olika regioner av den gröna algcellen, nämligen i kloroplasten och cytoplasman. Proteinmaskineriet i kloroplasten var det enda som kunde sätta ihop ett fungerande hydrogenas. Maskineriet i cytoplasman kunde inte producera den komplexa kofaktorn.

Bakteriellt enzym i grönalger

I ett efterföljande test, forskarna implanterade ritningen av ett bakteriellt hydrogenas i grönalgens genom. Chlamydomonas reinhardtii använde det för att producera ett funktionellt enzym som effektivt genererade väte.

"Baserat på dessa fynd, vi kan utveckla biotekniska metoder, för att uppnå effektiv väteproduktion i grönalger, ", säger Happe. "Vi vet nu att maskineriet som sätter ihop enzymer i kloroplasterna är unikt och oersättligt."