Forskare vid Freie Universität Berlin och Ruhr-Universität Bochum har avslöjat en avgörande reaktionsprincip för väteproducerande enzymer. Team under ledning av Dr. Ulf-Peter Apfel i Bochum och Dr Sven T. Stripp vid Freie Universität undersökte produktionen av molekylärt väte i encelliga gröna alger. De kunde demonstrera hur enzymet lyckas överföra två elektroner i följd till två vätejoner och därigenom anta stabila mellanliggande tillstånd. Vätgas ses som framtidens energikälla. Således, det finns ett stort industriellt intresse av att belysa mekanismen för biologisk produktion. Resultaten publicerades i det senaste numret av tidskriften Angewandte Chemie .
I den levande naturen sker en mängd olika kemiska reaktioner mycket långsamt. Användningen av enzymer ökar sannolikheten eller hastigheten för en reaktion (katalys). Ofta spelar tillförsel och borttagning av elektroner också en roll - detta kallas reduktion och oxidation. Särskilda enzymer, hydrogenaserna, påskynda omvandlingen av vätejoner (protoner) till vätgas med hög effektivitet. De absorberar överskott av elektroner som genereras under fotosyntesen och släpper ut vätgas som en biprodukt. Denna process kan beskrivas som en reduktion av två protoner med två elektroner, varigenom reaktionen sker i flera steg.
"Efter att ha fått en första elektron, ett enzym är vanligtvis mindre benägna att acceptera ett andra, "betonar Dr Sven Stripp. Trots detta, två elektroner kan överföras till två protoner. Med hjälp av syntetiska hydrogenasenzymer, avancerad infraröd spektroskopi, och elektrokemiska metoder, forskarna undersökte hur detta är möjligt. De visade att upptaget av en elektron vid enzymets katalytiska centrum är kopplat till bindningen av en proton. Protonets positiva laddning kompenserar för elektronens negativa laddning. Inom kemin är denna process känd som protonkopplad elektronöverföring (PCET). "Således, den andra elektronen kan överföras med jämförbar sannolikhet som den första, "säger doktor Ulf-Peter Apfel.
Enligt författarna, denna observation har hög relevans för att förstå den katalytiska mekanismen för hydrogenaser och för utformningen av syntetiska komplex för produktion av vätgas. Dessutom, forskarna spekulerar i att PCET -processer kan förklara upptaget av flera elektroner i andra enzymer också eftersom många av dessa makromolekyler bär katalytiska centra av järn och svavelatomer, liknande de för hydrogenaser.
