Pesquisadores da Ruhr-Universität Bochum e da Freie Universität Berlin esclareceram a etapa catalítica crucial na produção de hidrogênio por enzimas. As enzimas, chamado [FeFe] -hidrogenases, transformar eficientemente elétrons e prótons em hidrogênio. Eles são, portanto, candidatos para a produção biotecnológica da fonte potencial de energia. “Para produzir hidrogênio em escala industrial com o auxílio de enzimas, devemos entender precisamente como eles funcionam, "diz o Prof. Thomas Happe, um dos autores do estudo.

A equipe liderada por Happe e Dr. Martin Winkler do Grupo de Trabalho de Fotobiotecnologia de Bochum relata os resultados com colegas de Berlim liderados pelo Dr. Sven Stripp no ​​jornal Nature Communications .

A enzima funciona em duas direções

As hidrogenases podem funcionar em duas direções:transformam prótons e elétrons em hidrogênio, e também dividir o hidrogênio em prótons e elétrons. Essas reações ocorrem no centro ativo da hidrogenase, que é uma estrutura complexa que compreende seis átomos de ferro e seis de enxofre, chamado de H-cluster. Durante o processo catalítico, este cluster passa por vários estados intermediários.

Quando o hidrogênio molecular (H2) é dividido, a molécula de hidrogênio inicialmente se liga ao grupo H. "Os pesquisadores da hidrogenase sempre estiveram convencidos de que o H2 teve que se dividir de forma desigual na primeira etapa da reação, "explica Martin Winkler. A ideia:um próton com carga positiva (H +) e um íon hidreto com carga negativa (H-) são criados, que então continuam a reagir rapidamente para formar dois prótons e dois elétrons. "O estado de hidreto da enzima ativa, em que o íon hidreto é, assim, ligado ao centro ativo, é altamente instável - até agora ninguém foi capaz de verificar isso, "diz Winkler. Isso é precisamente o que os pesquisadores conseguiram agora.

O truque torna o estado instável visível

Usando um truque, eles aumentaram o estado do cluster H com o íon hidreto, para que pudesse ser verificado espectroscopicamente. Quando o hidrogênio é dividido, um equilíbrio químico é alcançado entre os parceiros de reação envolvidos - prótons, íons hidreto e moléculas de hidrogênio. As concentrações dos três estados de hidrogênio são determinadas por um equilíbrio dinâmico de estados de agrupamento H catalítico. Quando os pesquisadores adicionaram grandes quantidades de prótons e hidrogênio à mistura de fora, eles penderam a balança - a favor do estado de hidreto. O centro ativo com o íon hidreto carregado negativamente se acumulou em uma quantidade maior; o suficiente para ser mensurável.

A equipe também demonstrou o estado intermediário de hidreto, que também ocorre durante a produção de hidrogênio, em experimentos posteriores com hidrogenases que foram alteradas de maneira específica.

"Pudemos, assim, demonstrar o princípio catalítico dessas hidrogenases em um experimento pela primeira vez, "resume Thomas Happe." Isso fornece uma base crucial para a reprodução do mecanismo catalítico altamente eficaz do agrupamento H para a produção industrial de hidrogênio. "As enzimas podem converter até 10, 000 moléculas de hidrogênio por segundo.