Med hjälp av en nyutvecklad teknik och en av världens mest avancerade röntgenkällor, forskare från Japan, Tyskland och USA studerar enzymer som kan producera vätgas. Att förstå dessa reaktioner kan vara viktigt för att utveckla en ren bränsleekonomi som drivs av väte. Kredit:Cramer Lab, UC Davis
Med hjälp av en nyutvecklad teknik, forskare från Japan, Tyskland och USA har identifierat ett nyckelsteg i produktionen av vätgas av ett bakteriellt enzym. Att förstå dessa reaktioner kan vara viktigt för att utveckla en ren bränsleekonomi som drivs av väte.
Teamet studerade hydrogenaser - enzymer som katalyserar produktionen av väte från två spridda organismer: Chlamydomonas reinhardtii , en encellig alg och Desulfovibrio desulfuricans, en bakterie.
I båda fallen, deras hydrogenasenzymer har ett aktivt ställe med två järnatomer.
"Bland hydrogenaser, [FeFe]-hydrogenas har den högsta omsättningshastigheten (produktionshastigheten för molekylärt väte) och har därför en potentiell roll i den framtida väteekonomin, antingen genom en direkt användning eller genom ett syntetiskt komplex som har ett liknande reaktionscentrum, " sa professor Stephen P. Cramer vid UC Davis Department of Chemistry och medförfattare på tidningen tillsammans med doktoranderna Cindy C. Pham (medförsta författare) och Nakul Mishra och projektforskaren Hongxin Wang på samma institution.
Forskarna använde en teknik som kallas nuclear resonant vibrational spectroscopy (NRVS) för att följa vibrationsstrukturerna och analysaktiviteten vid järnatomerna i enzymet. NRVS kräver specialutrustning, och är för närvarande endast tillgänglig på fyra platser i världen:SPring-8-synkrotronen i Hyogo, Japan, var denna studie utfördes; den avancerade fotonkällan vid Argonne National Laboratory, Illinois; European Synchrotron Radiation Facility i Grenoble, Frankrike; och Petra-III i Hamburg, Tyskland.
Den encelliga grönalgen Chlamydomonas reinhardtii har ett järnbaserat enzym som kan generera vätgas. Kredit:JGI
Använder NRVS, teamet kunde visa att järnatomerna kort bildar en hydrid (järn-väte) innan de frigör molekylärt väte (H2). Det är det första framgångsrika experimentet i sitt slag på naturligt förekommande [FeFe]-hydrogenaser, sa Wang.
"Det framgångsrika resultatet av denna forskning beror på det breda samarbetet mellan biokemister, spektroskopister, experimentella fysiker och teoretiker, "Wang sa. "Detta startar en resa för att söka järnspecifik information för alla intermediärer i [FeFe] hydrogenas i framtiden."
Ytterligare författare på tidningen, publiceras online i Journal of the American Chemical Society är:Vladimir Pelmenschikov, Berlins tekniska universitet, Tyskland; James Birrell, Constanze Sommer, Edward Reijerse och Wolfgang Lubitz, Max Planck Institute for Chemical Energy Conversion, Mülheim an der Ruhr, Tyskland; Casseday Richers och Thomas Rauchfuss, University of Illinois; Kenji Tamasaku och Yoshitaka Yoda, VÅR-8, Hyogo, Japan. Arbetet stöddes delvis av anslag från National Institutes of Health och Max Planck Society.
