Enzimler Nasıl Hidrojen Üretir
Bochum Üniversitesi, Ruhr Üniversitesi ve Freie Universität Berlin’deki araştırmacılar, enzimlerin hidrojen üretimindeki önemli katalitik basamaklarını açıklığa kavuşturdu. [FeFe]-hidrojenazlar adı verilen enzimler, elektronları ve protonları hidrojene dönüştürürler. Bu nedenle, potansiyel enerji kaynağının biyoteknolojik üretimi için bir adaydır. Araştırmanın yazarlarından Prof. Thomas Happe, “Enzim yardımı ile endüstriyel ölçekte hidrojen üretmek için, nasıl çalıştığını tam olarak anlamalıyız” diyor.
Bochum merkezli Fotobiyoteknoloji Çalışma Grubu’ndan Happe ve Dr. Martin Winkler tarafından yönetilen ekip, Dr. Sven Stripp’in liderliğinde Nature Communications dergisinde Berlin’de bulunan meslektaşlarıyla yapılan sonuçlar hakkında raporlar yayınladı.
Enzim İki Yönde Çalışır
Hidrojenazlar iki yönde çalışabilir: protonları ve elektronları hidrojene çevirirler ve hidrojeni de protonlara ve elektronlara ayırırlar. Bu reaksiyonlar, H-kümesi olarak adlandırılan altı demir ve altı sülfür atomu içeren kompleks bir yapı olan hidrojenazın aktif merkezinde gerçekleşir. Katalitik süreç sırasında bu küme çok sayıda ara durumdan geçer.
Moleküler hidrojen (H2) ayrıldığında, hidrojen molekülü başlangıçta H-kümesine bağlanır. Martin Winkler, “Hidrojenaz araştırmacıları her zaman reaksiyonun ilk basamağında H2‘nin eşit olmayan bir şekilde bölünmesi gerektiğine ikna olmuşlardır” açıklamasını yaptı. Bu düşüncede: Pozitif olarak yüklü bir proton (H+) ve negatif yüklü bir hidrür iyonu (H–) oluşturulur daha sonra iki proton ve iki elektron oluşturmak için çabucak reaksiyona devam edilir. “Hidrür iyonunun aktif merkeze bağlandığı aktif enzimin hidrür durumu son derece kararsızdır ve şimdiye kadar hiçkimse bunu doğrulayamadı” diyor Winkler. Kesin olarak araştırmacıların elde ettiği durum budur.
Hile ile Kararsız Durum Görünür Hale Getirildi
Bir hile kullanarak, H-kümesinin durumunu hidrit iyonu ile büyüttüler, böylece spektroskopik olarak doğrulanabildiler. Hidrojen bölündüğünde, reaksiyon ortakları, protonlar, hidrit iyonları ve hidrojen molekülleri arasında bir kimyasal denge elde edilir. Üç hidrojen durumunun konsantrasyonları, katalitik H-küme durumlarının dinamik dengesiyle belirlenir. Araştırmacılar dışarıdan büyük miktarda proton ve hidrojen ilave edince, dengeyi hidrit durumu lehine çevirdiler. Negatif yüklü hidrit iyonu bulunan aktif merkez daha fazla miktarda birikmiştir, bu miktar ölçülebilmektedir.
Ekip ayrıca belirli bir şekilde değiştirilmiş hidrojenazlarla yapılan diğer deneylerde hidrojen üretimi sırasında da meydana gelen hidrit ara halini göstermiştir.
Thomas Happe, “Bu hidrojenazların katalitik ilkesini ilk kez bir deneyde göstermeyi başardık ve H-kümelenmesi, hidrojenin endüstriyel üretimi için oldukça etkili katalitik mekanizmasını üretmede çok önemli bir temel oluşturuyor” diye özetliyor. Enzimler saniyede 10.000 hidrojen molekülüne dönüşebilirler.
Kaynak: phys.org
