Em seu centro catalítico, as hidrogenases fabricam hidrogênio molecular (H2) a partir de dois prótons e dois elétrons. Eles extraem os prótons necessários para este processo da água circundante e os transferem - por meio de uma cadeia de transporte - para o seu núcleo catalítico. O caminho exato do próton através da hidrogenase ainda não havia sido compreendido. "Esta via de transferência é uma peça de quebra-cabeça, crucial para a compreensão da interação do cofator e da proteína, que é a razão pela qual os biocatalisadores são muito mais eficientes do que os complexos químicos produtores de hidrogênio, "explica o Dr. Martin Winkler, um dos autores deste estudo do grupo de pesquisa em Fotobiotecnologia da RUB.

A fim de descobrir quais dos blocos de construção da hidrogenase estão envolvidos na transferência de prótons, os pesquisadores os substituíram individualmente. Eles substituíram cada um por um aminoácido com função semelhante ou por um aminoácido disfuncional. Assim, Foram criadas 22 variantes de duas hidrogenases diferentes. Subseqüentemente, os pesquisadores compararam essas variantes em relação a diferentes aspectos, incluindo suas propriedades espectroscópicas e sua atividade enzimática. "As estruturas moleculares de doze variantes de proteínas, que foram resolvidos usando análise de estrutura de raios-X, provou ser particularmente informativo, "diz Winkler.

Aminoácidos sem função desligam as hidrogenases

Dependendo de onde e como os pesquisadores mudaram a hidrogenase, a produção de hidrogênio tornou-se menos eficiente ou parou completamente. "Assim, verificamos por que algumas variantes são gravemente prejudicadas em termos de atividade enzimática e por que outras dificilmente são prejudicadas - contra todas as expectativas, "diz Martin Winkler.

Quanto mais próximo do centro catalítico os aminoácidos substituídos estavam localizados, menos capaz era a hidrogenase de compensar essas modificações. Se os blocos de construção sem função foram incorporados em locais sensíveis, a produção de hidrogênio foi interrompida. "O estado gerado se assemelha a uma supersaturação devido ao estresse de prótons, onde prótons e hidrogênio são simultaneamente introduzidos na hidrogenase, "elabora Martin Winkler." No decorrer do nosso projeto, fomos capazes pela primeira vez de estabilizar e analisar este estado altamente transitório que já havíamos encontrado em experimentos. "

Informações valiosas da linha de base

Este estudo tornou possível atribuir as funções de aminoácidos individuais à via de transferência de prótons para o grupo de enzimas das [FeFe] hidrogenases. "Além disso, fornece informações valiosas sobre o mecanismo molecular de transferência de prótons por proteínas redox-ativas e os requisitos estruturais das mesmas, "conclui Thomas Happe.