De interactie van eiwitschil en actief centrum in waterstofproducerende enzymen is cruciaal voor de efficiëntie van biokatalysatoren. Een team van de Ruhr-Universität Bochum en het Max Planck Institute for Chemical Energy Conversion in Mülheim an der Ruhr hebben specifiek de rol van waterstofbruggen in bepaalde enzymen van groene algen geanalyseerd. de hydrogenasen. de groepen, die samenwerken in de Excellence Cluster Resolv, rapporteerde de resultaten in de Tijdschrift van de American Chemical Society .

"De bevindingen dragen niet alleen bij aan het begrip van deze wereldwijd erkende groep biokatalysatoren, maar ook toegepast onderzoek belangrijke aanwijzingen geven voor de ontwikkeling van chemische katalysatoren gemodelleerd naar het zeer actieve biomolecuul, ", zegt dr. Martin Winkler van de in Bochum gevestigde werkgroep Photobiotechnology.

Krachtigste biokatalysatoren

De studie werd uitgevoerd op een speciaal type hydrogenasen, zogenaamde [FeFe]-hydrogenasen. Ze bestaan ​​uit een eiwitskelet en een actief centrum, H-cluster genoemd. Deze laatste bestaat uit zes ijzer- en zes zwavelatomen en zes bijzondere bouwstenen. Dit is de locatie waar de feitelijke synthese van moleculaire waterstof uit protonen en elektronen plaatsvindt. "[FeFe]-hydrogenasen behoren tot de krachtigste biokatalysatoren ooit, " legt prof. dr. Thomas Happ uit, hoofd van de werkgroep Fotobiotechnologie. De communicatie tussen H-cluster en eiwitomgeving speelt een cruciale rol.

Het helpt bij de gerichte afgifte van de uitgangsmaterialen voor de synthese en bij de efficiënte verwijdering van het product. "Aanvullend, de eiwitschil zorgt voor een optimale ruimtelijke uitlijning van het H-cluster en beschermt het tegen schadelijke invloeden, " voegt Oliver Lampret toe, die zijn proefschrift schrijft over dit onderwerp.

Manipulatie van waterstofbruggen

De groep uit Bochum en haar collega's uit Mühlheim, dr. Agnieszka Adamska-Venkatesh, Dr. Olaf Rüdiger en Prof. Dr. Wolfgang Lubitz toonden aan dat de waterstofbruggen tussen H-cluster en eiwitomgeving de elektrochemische eigenschappen van het actieve enzymcentrum aanzienlijk beïnvloeden. Ze verwijderden individuele waterstofbruggen of voegden extra toe en bestudeerden de effecten.

De manipulatie veranderde zowel, de elektronentransporteigenschappen van het enzym en de katalytische richting waarin het werkt, omdat hydrogenasen waterstof kunnen produceren en ook de omgekeerde reactie kunnen katalyseren, dat is, de splitsing van moleculaire waterstof in protonen en elektronen.

De invloed van waterstofbruggen werd door de wetenschappers aangetoond met behulp van drie verschillende soorten benaderingen:spectroscopie, elektrochemie en enzymkinetiek.