綠藻中發(fā)現的酶可能替代昂貴的鉑催化劑用于高效制氫
質子和電子的耦合轉移是制氫的關鍵，氫化酶可以像昂貴的鉑催化劑一樣高效地轉化氫。為了使生物技術能夠應用在這個領域，研究人員正在詳細研究它們是如何工作的。
波鴻大學（Ruhr-UniversitBochum）和牛津大學共同組建的一個團隊發(fā)布在《美國國家科學院院刊（PNAS）》上最新報告指出，酶的質子和電子傳遞在空間上是分開的，但仍然是耦合的，這是高效率的決定性因素。該文章于2020年8月10日在線發(fā)表。
自然界最有效的氫氣制造者
所謂的這一類[FeFe]-氫化酶，例如在綠藻中發(fā)現的，是自然界最有效的氫氣制造者。它們可以產生和分解氫。實際的化學反應發(fā)生在酶深層的活性部位?！耙虼?，反應所需的電子和質子必須找到一種有效的途徑，”來自波鴻光生物技術研究組的Oliver Lampret博士解釋道，他是這篇論文的作者之一。電子傳輸是通過一根電線進行的，可以說，它是由幾個鐵硫團簇組成的。質子通過由五個氨基酸和一個水分子組成的質子轉移通道轉運至活性中心。
光生物技術研究組的負責人Thomas Happe教授說：“盡管已經知道存在質子耦合的電子轉移機制，但研究人員迄今認為耦合只發(fā)生在活性中心?！?/span>
蛋白質工程使耦合可見
研究小組對氫化酶進行了操作，使得質子轉移的速度明顯減慢，但氫仍然可以被轉化。利用動態(tài)電化學，他們發(fā)現氫轉化率顯著下降，更重要的是，需要顯著的過電位來催化氫的產生或裂解。通過控制質子轉移途徑，研究人員間接地降低了電子轉移的速率。
Oliver Lampret總結道：“由于兩個轉移路徑在空間上是分開的，我們假設這兩個過程的遠程協同耦合對于高效催化是必要的?！边@一發(fā)現將有助于未來開發(fā)更高效的氫化酶催化劑。
