I ricercatori della Freie Universität Berlin e della Ruhr-Universität Bochum hanno scoperto un fondamentale principio di reazione degli enzimi che producono idrogeno. I team guidati dal Dr. Ulf-Peter Apfel a Bochum e dal Dr. Sven T. Stripp alla Freie Universität hanno studiato la produzione di idrogeno molecolare nelle alghe verdi unicellulari. Sono stati in grado di dimostrare come l'enzima riesca a trasferire due elettroni in successione a due ioni idrogeno e quindi ad assumere stati intermedi stabili. L'idrogeno è visto come la fonte di energia del futuro. Così, c'è un notevole interesse industriale nel chiarire il meccanismo della produzione biologica. I risultati sono stati pubblicati nell'ultimo numero della rivista Angewandte Chemie .
Nella natura vivente una varietà di reazioni chimiche avviene molto lentamente. L'uso di enzimi aumenta la probabilità o la velocità di una reazione (catalisi). Frequentemente anche l'apporto e la rimozione di elettroni svolgono un ruolo - questo è indicato come riduzione e ossidazione. Enzimi speciali, le idrogenasi, accelerare la conversione degli ioni idrogeno (protoni) in gas idrogeno con alta efficienza. Assorbono gli elettroni in eccesso che vengono generati durante la fotosintesi e rilasciano gas idrogeno come sottoprodotto. Questo processo può essere descritto come una riduzione di due protoni con due elettroni, per cui la reazione avviene in più fasi.
"Dopo aver ricevuto un primo elettrone, un enzima ha in genere meno probabilità di accettarne un secondo, " sottolinea il dottor Sven Stripp. Nonostante ciò, due elettroni possono essere trasferiti a due protoni. Utilizzando enzimi idrogenasi sintetici, spettroscopia infrarossa avanzata, e metodi elettrochimici, i ricercatori hanno studiato come ciò sia possibile. Hanno dimostrato che l'assorbimento di un elettrone al centro catalitico dell'enzima è accoppiato al legame di un protone. La carica positiva del protone compensa la carica negativa dell'elettrone. In chimica questo processo è noto come trasferimento di elettroni accoppiato a protoni (PCET). "Così, il secondo elettrone può essere trasferito con probabilità paragonabile al primo, " dice il dottor Ulf-Peter Apfel.
Secondo gli autori, questa osservazione ha grande rilevanza per la comprensione del meccanismo catalitico delle idrogenasi e per la progettazione di complessi sintetici per la produzione di idrogeno gassoso. Inoltre, gli scienziati ipotizzano che i processi PCET potrebbero spiegare l'assorbimento di più elettroni in altri enzimi anche perché molte di queste macromolecole trasportano centri catalitici di atomi di ferro e zolfo, simili a quelli delle idrogenasi.
