Biokatalysatoren vor Sauerstoff schützen |
Bestimmte Enzyme aus Bakterien und Algen können aus Protonen und Elektronen molekularen Wasserstoff herstellen – einen der Energieträger, auf den sich viele Hoffnungen gründen. Dafür brauchen sie nur Lichtenergie. Das größte Hindernis für ihren Einsatz ist, dass sie durch den Kontakt mit Sauerstoff zerstört werden. Ein interdisziplinäres Forschungsteam des Exzellenzclusters RESOLV der Ruhr-Universität Bochum hat es geschafft, ein wasserstoffproduzierendes Enzym genetisch so zu verändern, dass es vor Sauerstoff geschützt ist.
Damit die Energiewende gelingt, braucht es umweltfreundliche
Energieträger. Wasserstoff könnte ein solcher sein, wenn es gelänge, ihn
in großem Maßstab klimafreundlich herzustellen. Forschende setzen dabei
unter anderem auf Enzyme, die natürlicherweise in bestimmten Algen und
Bakterien vorkommen. „Durch ihre hohen Umsatzraten dienen sie als
biologische Blaupause für das Design zukünftiger
Wasserstoffkatalysatoren“, erklärt Erstautor Andreas Rutz. Doch ihr
einzigartiges aktives Zentrum, der sogenannte H-Cluster, wird bei
Kontakt mit Sauerstoff abgebaut. „Das ist die größte Hürde in der
Wasserstoffforschung“, so Rutz.
Sauerstoffresistenz steigt deutlichDie
erst kürzlich entdeckte [FeFe]-Hydrogenase namens CbA5H ist das einzige
bekannte Enzym seiner Klasse, welches sich durch einen molekularen
Schutzmechanismus selbst vor Sauerstoff schützen kann. Jedoch wird auch
dabei ein kleiner Teil der Hydrogenase zerstört. Um dieses Problem zu
beheben, tauschten die Forschenden gezielt einen Baustein des Enzyms
aus. Durch diese genetische Veränderung konnten sie die
Sauerstoffresistenz der Hydrogenase deutlich steigern.
Die Teams
nutzten die ortsgerichtete Mutagenese in Kombination mit Elektrochemie,
Infrarotspektroskopie und Molekulardynamiksimulationen, um die Kinetik
der Umwandlung auf atomarer Ebene besser verstehen zu können. „Wir
wollen unsere Erkenntnisse nutzen, um zu verstehen, wie lokale
Modifikationen der Proteinstruktur einen entscheidenden Einfluss auf die
Proteindynamik haben können und wie sie die Reaktivität anorganischer
Zentren effektiv kontrollieren können“, erklären Lars Schäfer und
Ulf-Peter Apfel.
Den Artikel finden Sie unter:
https://news.rub.de/wissenschaft/2023-01-11-biologie-biokatalysatoren-vor-sauerstoff-schuetzen
Quelle: Ruhr-Universität Bochum (01/2023)
Publikation: Andreas
Rutz et al.: Increasing the O2 resistance of the [FeFe]-hydrogenase
CbA5H through enhanced protein flexibility, in: ACS Catalysis, 2023,
DOI: 10.1021/acscatal.2c04031, https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acscatal.2c04031 |