Команда во главе с Хэппом и доктором Мартином Винклером из находящихся в Бохуме докладов рабочей группы Фотобиотехнологии на результатах с берлинскими коллегами во главе с доктором Свеном Штриппом в журнале Nature Communications.Фермент работает в двух направлениях
Hydrogenases может работать в двух направлениях: они превращают протоны и электроны в водород, и также разделяют водород на протоны и электроны. Эти реакции происходят в активном центре hydrogenase, который является сложной структурой, включающей шесть железа и шесть атомов серы, названных H-группой. Во время каталитического процесса эта группа проходит через многочисленные промежуточные состояния.
Когда молекулярный водород (H2) разделен, водородная молекула первоначально связи к H-группе. «Исследователи Hydrogenase всегда убеждались, что H2 должен был разделиться неравномерно в первом шаге реакции», объясняет Мартин Винклер. Идея: положительно заряженный протон (H +) и отрицательно заряженный ион гидрида (H-) создан, которые тогда продолжают реагировать быстро, чтобы сформировать два протона и два электрона. «Государство гидрида активного фермента, в котором ион гидрида таким образом соединен с активным центром, очень нестабильно – до сих пор никто не был в состоянии проверить это», говорит Винклер. Это точно, чего теперь достигли исследователи.
Уловка делает нестабильное государство видимымИспользуя уловку, они увеличили государство H-группы с ионом гидрида, так, чтобы это могло быть проверено спектроскопическим образом.
Когда водород разделен, химическое равновесие добито между вовлеченными партнерами по реакции – протоны, ионы гидрида и водородные молекулы. Концентрации трех водородных государств определены динамическим равновесием каталитических государств H-группы. Когда исследователи добавили большие количества протонов и водорода к смеси снаружи, они склонили чашу весов – в пользу государства гидрида.
Активный центр с отрицательно заряженным ионом гидрида накопился в большем количестве; достаточно быть измеримым.Команда также продемонстрировала промежуточное состояние гидрида, которое также происходит во время водородного производства в дальнейших экспериментах с hydrogenases, который был изменен определенным способом.«Мы таким образом смогли продемонстрировать каталитический принцип этих hydrogenases в эксперименте впервые», подводит итог Томас Хэпп. «Это обеспечивает решающее основание для репродуцирования очень эффективного каталитического механизма H-группы для промышленного производства водорода».
Ферменты могут преобразовать до 10 000 водородных молекул в секунду.