Микроорганизмы создали лучшие водородные топливные элементы
Москва, 13:38, 20 Авг 2019, редакция FTimes.ru, автор Евгения Ковалева.
Сотрудники Научно-технологического института Нары (NAIST) выяснили подробности работы канала передачи протонов никель-железной гидрогеназы – важного метаболического процесса микроорганизмов.
Проект помог ученым понять, как использовать достижения природы в биотопливных элементах, сообщает sciencedaily.com. Для исследования была использована инфракрасная спектроскопия переноса Фурье. Его результаты опубликованы в Angewandte Chemie International Edition.
Водородный метаболизм – один из старейших способов производства энергии для жизни. Эксперты интересуются им из-за значимости для эволюции и возможности получения чистой энергии. Среди ферментов, отвечающих за процесс, [NiFe]-гидрогеназа – самый распространенный и древний.
Структура хорошо изучена. Энзим обратимо взаимодействует с атомами кислорода на активном центре, окруженном аминокислотами. Но для использования природных механизмов в биотопливных системах нужно лучше понимать фундаментальные реакции, подчеркнул руководитель исследования, профессор Шун Хирота.
«Гидрид и протон согласуют свои действия с участком Ni-Fe в цикле цикл протонирования-депротонирования, давая 4 состояния гидрогеназы. Но канал передачи протонов остается неизвестным», — сказал специалист.
Команде Хироты, включающей ученых из Японии и Китая, удалось ответить на вопрос, изучив с помощью спектроскопии Фурье 3 состояния гидрогеназы. Выяснилось, что для протонного переноса нужен цистеин 546, глутаминовая кислота 34 и вода. Выводы помогли понять, как молекула серы в веществах формирует водородные связи для управления транспортом элемента.
«Цистеин 546 оказался донором протонов и акцептором в цикле [Ni-Fe]-гидрогеназы. Результаты также показали, как в каталитическом процессе формируются водородные связи для глутаминовой кислоты», — сказал Хирота.
Микроорганизмы приспособились к большему количеству условий, чем люди. Они выживают в комфортной и агрессивной среде. Функции [Ni-Fe]-гидрогеназы предоставляют парадигму для исследователей, стремящихся создать эффективные катализаторы, рассчитанные на разнообразные условия.
