Enzimas de microrganismos podem produzir hidrogênio (H₂ ) sob certas condições, o que os torna potenciais biocatalisadores para H₂ de base biológica tecnologias. Para tornar esta produção de hidrogénio eficiente, os investigadores estão a tentar identificar e eliminar possíveis fatores limitantes. Estes incluem o formaldeído, que ocorre naturalmente como um produto metabólico nas células e inibe a particularmente eficiente hidrogenase [FeFe].



Uma equipe do grupo de trabalho Fotobiotecnologia da Ruhr University Bochum, Alemanha, conseguiu elucidar e desligar esse mecanismo subjacente. Os pesquisadores relataram suas descobertas no Journal of the American Chemical Society em 20 de novembro de 2023.

O formaldeído é conhecido como conservante, entre outras coisas, mas também ocorre como metabólito natural nas células vivas. Há doze anos, cientistas da Universidade de Oxford, no Reino Unido, e da Ruhr University Bochum, na Alemanha, mostraram que esta molécula omnipresente inibe uma certa classe de biocatalisadores, nomeadamente as hidrogenases geradoras de hidrogénio particularmente eficientes do tipo de dois ferros – as chamadas [FeFe]-hidrogenases.

"Esta foi uma descoberta interessante, porque o formaldeído poderia inibir tanto o H₂ natural metabolismo de microrganismos e hidrogenases isoladas em aplicações biotecnológicas", explica o Dr. Jifu Duan, primeiro autor do estudo.

Depois de vários estudos teóricos terem levantado a hipótese de como a molécula de formaldeído poderia influenciar as [FeFe]-hidrogenases, uma equipe de pesquisadores liderada por Duan e o professor Eckhard Hofmann da Universidade do Ruhr conseguiu elucidar experimentalmente o mecanismo molecular. Usando estruturas de [FeFe]-hidrogenases tratadas com formaldeído obtidas por cristalografia de proteínas, eles foram capazes de mostrar que o formaldeído reage com o chamado centro ativo dos biocatalisadores - uma parte inorgânica da proteína onde prótons e elétrons são convertidos em H ₂ .

Além disso, porém, o formaldeído se combina com outra parte proteica muito importante, necessária para o transporte de prótons ao centro ativo por meio de um grupo químico contendo enxofre. Quando os cientistas substituíram esta parte por outra, o formaldeído dificilmente conseguiu exercer o seu efeito inibitório.

"Futuras aplicações biotecnológicas de [FeFe]-hidrogenases podem muito bem envolver a presença de formaldeído, de modo que nossos biocatalisadores modificados resistentes ao formaldeído possam ser usados ​​aqui", explica Duan. “Também acreditamos que nossas descobertas podem ser transferidas para outros biocatalisadores”. Isto poderia desempenhar um papel para os processos industriais de base biológica, mas também para a compreensão das vias metabólicas nos organismos vivos.

Mais informações: Jifu Duan et al, Insights sobre o mecanismo molecular de inibição de formaldeído de [FeFe]-hidrogenases, Journal of the American Chemical Society (2023). DOI:10.1021/jacs.3c07800
Informações do diário: Jornal da Sociedade Americana de Química

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