Enzim Üretiminden Meydana Gelen Hidrojen Gazı

Fotoğraf: Yeşil alg, hidrojen üretimi için fotosentezden fazla elektron kullanır.

Berlin Freie Üniversitesi ve Bochum Ruhr Üniversitesi’ndeki araştırmacılar, hidrojen üreten enzimlerin çok önemli bir reaksiyon ilkesini ortaya çıkardılar. Bochum’da Dr. Peter Apfel ve Freie Üniversitesi’ nde Dr. Sven Stripp önderliğindeki ekipler, tek hücreli yeşil alglerde moleküler hidrojen üretimini araştırdılar. Ekipler, enzimin iki elektronu ardışık olarak iki hidrojen iyonuna nasıl aktardığını ve böylece kararlı ara durum haline nasıl geçtiğini göstermeyi başardılar.

Hidrojen gazı, geleceğin enerji kaynağı olarak görülüyor. Bu nedenle, biyolojik üretim mekanizmasının aydınlatılmasına çok önemli bir endüstriyel ilgi vardır. Bu araştırma sonucu bulunan bulgular Angewandte Chemie dergisinin en son sayısında yayınlandı.

Canlılarda çeşitli kimyasal reaksiyonlar çok yavaş gerçekleşir. Bu reaksiyonlarda enzimlerin kullanılması reaksiyonun gerçekleşme olasılığını veya hızını arttırır (kataliz). Ayrıca sıklıkla elektronların verilmesinde ve alınmasında da bir rol oynar. Bu olaya ise indirgeme ve oksidasyon denir. Özel enzimler olan hidrojenazlar, hidrojen iyonlarının (protonlar) hidrojen gazına yüksek verimlilikle dönüşmesini hızlandırır. Yan ürün olarak ortama bırakılan ve fotosentez sırasında üretilen fazla elektronları absorbe ederler.

Bu proses, iki protonun iki elektronla indirgenmesi olarak tanımlanabilir; burada reaksiyon bir kaç adımda meydana gelir.

Sven Stripp, “Bir enzimin ilk elektronu aldıktan sonra, ikinci bir elektronu kabul etme olasılığının daha düşük olduğunu” vurguluyor. Buna rağmen iki elektron iki protona aktarılabilir. Araştırmacılar, sentetik hidrojenaz enzimlerini, ileri kızılötesi spektroskopisini ve elektrokimyasal yöntemleri kullanarak bunun nasıl mümkün olduğunu araştırdılar. Enzimin katalitik merkezine bir elektronun tutunmasının, bağlayıcı bir protonla birleşerek sağlandığını gösterdiler. Protonun pozitif yükü, elektronun negatif yükünü dengeler.

Bu proses Kimyada, proton bağlı elektron transferi (PCET) olarak bilinir. Ulf-Peter Apfel, “Böylece, ikinci elektron ilki ile kıyaslanabilir bir olasılıkla aktarılabilir” diyor. Yazarlara göre, bu gözlem, hidrojenazların katalitik mekanizmasını anlamak ve hidrojen gazı üretimi için sentetik komplekslerin tasarımı için yüksek önem taşıyor. Buna ek olarak, bilim adamları, proton bağlı elektron transferi işlemlerinin diğer enzimlerde de çoklu elektron alımlarını açıklayabileceğini söylüyorlar. Çünkü bu makromoleküllerin birçoğu, hidrojenazlarınkine benzer şekilde demir ve kükürt atomlarının katalitik merkezlerine taşırlar.

Kaynak : sciencedaily.com