Команда, возглавляемая Хаппе и доктором Мартином Винклером из Бохумской рабочей группы по фотобиотехнологиям, вместе с берлинскими коллегами во главе с доктором Свеном Стриппом сообщает о результатах в журнале Nature Communications.Фермент работает в двух направлениях
Гидрогеназы могут работать в двух направлениях: они превращают протоны и электроны в водород, а также расщепляют водород на протоны и электроны. Эти реакции происходят в активном центре гидрогеназы, который представляет собой сложную структуру, состоящую из шести атомов железа и шести атомов серы, называемую H-кластером. В ходе каталитического процесса этот кластер проходит через множество промежуточных состояний.Когда молекулярный водород (H2) расщепляется, молекула водорода сначала связывается с H-кластером. «Исследователи гидрогеназы всегда были убеждены, что H2 должен расщепляться неравномерно на первом этапе реакции», — объясняет Мартин Винклер.
Идея: создаются положительно заряженный протон (H +) и отрицательно заряженный ион гидрида (H-), которые затем продолжают быстро реагировать с образованием двух протонов и двух электронов. «Гидридное состояние активного фермента, в котором ион гидрида, таким образом, связан с активным центром, очень нестабильно — до сих пор никто не мог это проверить», — говорит Винклер. Это именно то, чего сейчас достигли исследователи.Уловка делает видимым нестабильное состояниеИспользуя уловку, они увеличили состояние H-кластера с помощью иона гидрида, чтобы его можно было проверить спектроскопически.
При расщеплении водорода достигается химическое равновесие между участниками реакции — протонами, ионами гидрида и молекулами водорода. Концентрации трех состояний водорода определяются динамическим равновесием каталитических состояний H-кластера.
Когда исследователи добавили в смесь большое количество протонов и водорода извне, они склонили чашу весов в пользу гидридного состояния. Активный центр с отрицательно заряженным гидрид-ионом накапливается в большем количестве; достаточно, чтобы измерить.Команда также продемонстрировала промежуточное состояние гидрида, которое также происходит во время производства водорода, в дальнейших экспериментах с гидрогеназами, которые были изменены особым образом.«Таким образом, мы впервые смогли продемонстрировать каталитический принцип этих гидрогеназ в эксперименте», — резюмирует Томас Хаппе. «Это обеспечивает важную основу для воспроизведения высокоэффективного каталитического механизма H-кластера для промышленного производства водорода».
Ферменты могут преобразовывать до 10 000 молекул водорода в секунду.