Le idrogenasi possono convertire l'idrogeno con la stessa efficienza dei costosi catalizzatori al platino. Per renderli utilizzabili per applicazioni biotecnologiche, i ricercatori stanno decifrando in dettaglio come funzionano. Un team della Ruhr-Universität Bochum e dell'Università di Oxford ora riporta sulla rivista Atti dell'Accademia Nazionale delle Scienze ( PNAS ) che il trasferimento di protoni ed elettroni da parte dell'enzima avviene spazialmente separati, ma è comunque accoppiato e quindi, un fattore decisivo per l'efficienza. L'articolo è stato pubblicato online il 10 agosto 2020.

I produttori di idrogeno più efficienti

La cosiddetta classe delle [FeFe]-idrogenasi, che si trovano ad esempio nelle alghe verdi, sono i produttori di idrogeno più efficienti in natura. Possono sia produrre che dividere idrogeno. La reazione chimica vera e propria avviene nel sito attivo sepolto in profondità all'interno dell'enzima. "Gli elettroni e i protoni necessari per la reazione devono quindi trovare un modo efficiente per arrivarci, " spiega il Dr. Oliver Lampret del Photobiotechnology Research Group di Bochum, uno degli autori del saggio. Il trasporto degli elettroni avviene tramite un filo elettrico, per così dire, costituito da diversi gruppi ferro-zolfo. I protoni vengono trasportati al centro attivo tramite un percorso di trasferimento protonico costituito da cinque amminoacidi e una molecola d'acqua.

"Sebbene fosse noto che esisteva un meccanismo di trasferimento di elettroni accoppiato a protoni, i ricercatori avevano finora ipotizzato che l'accoppiamento avvenga solo nel centro attivo stesso, "dice il professor Thomas Happe, Responsabile del gruppo di ricerca sulla fotobiotecnologia.

L'ingegneria delle proteine ​​rende visibile l'accoppiamento

Il team ha manipolato le idrogenasi in modo tale che il trasferimento di protoni fosse significativamente più lento, ma l'idrogeno potrebbe ancora essere convertito. Utilizzando l'elettrochimica dinamica, hanno dimostrato che la conversione dell'idrogeno è diminuita in modo significativo e, cosa più importante, erano necessari significativi sovratensioni per catalizzare la produzione o la scissione dell'idrogeno. Manipolando la via di trasferimento del protone, i ricercatori avevano indirettamente ridotto la velocità di trasferimento degli elettroni.

"Poiché le due rotte di trasferimento sono spazialmente separate, assumiamo che sia necessario un accoppiamento cooperativo a lungo raggio di entrambi i processi per una catalisi efficiente, " conclude Oliver Lampret. I risultati dovrebbero aiutare a sviluppare catalizzatori di idrogenasi miniaturizzati più efficienti in futuro.