Nieuwe bevindingen zullen naar verwachting helpen de waterstofproducerende enzymen te beschermen tegen schadelijke zuurstof, wat interessant is voor biotechnologische toepassingen.

Bepaalde enzymen, zoals waterstofproducerende hydrogenasen, zijn onstabiel in aanwezigheid van zuurstof. Onderzoekers van de Ruhr-Universität Bochum (RUB) hebben de redenen op atomair niveau geïdentificeerd. Ze schetsen hun resultaten in de Tijdschrift van de American Chemical Society ( JACS ), online gepubliceerd op 14 oktober 2019.

De experimenten werden gezamenlijk uitgevoerd door drie RUB-groepen:de onderzoeksgroep voor fotobiotechnologie werd vertegenwoordigd door Dr. Julian Esselborn - vandaag aan de Universiteit van Californië, San Diego-, Professor Thomas Happe en Dr. Leonie Kertess. Het team werkte samen met professor Eckhard Hofmann van de Protein Crystallography Group en Dr. Ulf-Peter Apfel van de leerstoel Inorganic Chemistry I.

De interdisciplinaire samenwerking op het snijvlak van biologie, scheikunde en natuurkunde was ingebed in het Ruhr Explores Solvation Cluster of Excellence, Resolve in het kort, en de Research Training Group Microbiële Substraatconversie, Micon in het kort.

Structurele veranderingen door zuurstof

De onderzoekers analyseerden een hydrogenase van de bacterie Clostridium pasteurianum . Het unieke aan deze klasse enzymen is dat hun structuur bestaat uit zes ijzer- en zes zwavelatomen. De zogenaamde cofactor vormt de kern van het eiwit, waar de daadwerkelijke waterstofproductie plaatsvindt.

De onderzoekers bewaarden verschillende monsters van het enzym met zuurstof voor verschillende tijdsperioden. Vervolgens onderzochten ze met behulp van röntgenstructuuranalyse hoe de driedimensionale structuur van de eiwitten was veranderd. "Deze methode is erg complex en ingewikkeld, maar het hielp ons het destructieve proces op atomair niveau te traceren, ', zegt Julian Esselborn.

Incubatie met zuurstof veranderde alleen individuele atomen van het enzym, namelijk bepaalde ijzeratomen van de cofactor. Dit leidde geleidelijk tot de desintegratie van het hele actieve centrum. Door te begrijpen welke ijzeratomen in het bijzonder worden beïnvloed, de onderzoekers hopen in de toekomst biotechnologisch interessante eiwitten beter te kunnen beschermen tegen zuurstof.