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30.05.2016 11:21

Wasserstoffproduktion: Wenn sich Enzyme im Reagenzglas selbst zusammenbauen

Dr. Julia Weiler Dezernat Hochschulkommunikation
Ruhr-Universität Bochum

    Bochumer Forscher haben ein wasserstoffproduzierendes Enzym im Reagenzglas nachgebaut, das genauso effizient arbeitet wie das Original – eine Hydrogenase aus einer Grünalge. Zu dem Proteingerüst gaben sie im Reagenzglas bestimmte Salze hinzu; daraus setzte sich der anorganische Kofaktor des Proteins selbstständig zusammen. Das Team um Dr. Jens Noth und Prof. Dr. Thomas Happe von der Ruhr-Universität Bochum berichtet die Ergebnisse in der Zeitschrift „Angewandte Chemie“. Ziel der Gruppe ist es, künstliche wasserstoffproduzierende Enzyme zu entwickeln, mit denen sich der potenzielle Energieträger eines Tages industriell herstellen lässt.

    Bochumer Forscher haben ein wasserstoffproduzierendes Enzym im Reagenzglas nachgebaut, das genauso effizient arbeitet wie das Original. Das Protein – eine sogenannte Hydrogenase aus Grünalgen – besteht aus einem Proteingerüst und einem Kofaktor. Letzterer ist das Reaktionszentrum, an dem die miteinander reagierenden Substanzen andocken. Gaben die Forscher verschiedene chemisch synthetisierte Substanzen zu dem Proteingerüst hinzu, setzte sich der Kofaktor daraus spontan selbst zusammen.

    Das Team um Dr. Jens Noth und Prof. Dr. Thomas Happe von der Ruhr-Universität Bochum berichtet die Ergebnisse in der Zeitschrift „Angewandte Chemie“. Die Forscher wollen die Basis für künstliche wasserstoffproduzierende Enzyme legen, die eines Tages im industriellen Maßstab herstellbar sind. Hydrogenasen sind sehr effiziente Produzenten des potenziellen Energieträgers. Sie kommen ohne das teure Edelmetall Platin aus, das aktuell für die Wasserstoffsynthese gebraucht wird.

    Schwefel gegen Selen ausgetauscht

    In der Natur besteht der Hydrogenase-Kofaktor aus Eisen- und Schwefelatomen. Sie sind auf einzigartige Weise in dem Protein gebunden. In der künstlichen Variante ersetzten die Wissenschaftler die Schwefelatome durch Selenatome, die mehr als die doppelte Masse besitzen. Auf diese Weise markierten die Forscher den Kofaktor des Enzyms und konnten ihn genauer analysieren.

    Die Tests ergaben, dass die künstliche Enzymvariante die gleichen biochemischen Eigenschaften besitzt wie das Original aus der Natur. Mit weiteren biophysikalischen Methoden will die Gruppe künftig den Reaktionsmechanismus genauer ergründen, mit dem die Hydrogenase Wasserstoff produziert.

    Kooperationspartner aus der Ruhr-Universität

    Die Arbeitsgruppe Photobiotechnologie von Thomas Happe kooperierte für die Studie mit dem Team von Dr. Ulf-Peter Apfel aus der Anorganischen Chemie und den biophysikalischen Gruppen von Prof. Dr. Klaus Gerwert und Prof. Dr. Eckhard Hofmann.

    Förderung

    Die Deutsche Forschungsgemeinschaft förderte die Arbeiten im Rahmen der Deutsch-Israelischen Projektkooperation „Nanoengineered optoelectronics with biomaterials and bioinspired assemblies“ sowie im Rahmen des Exzellenzclusters Resolv (EXC1069) und eines Emmy-Noether-Stipendiums (AP242/2-1). Weitere Unterstützung kam von der der Volkswagen-Stiftung (LigH2t) und dem Verband der Chemischen Industrie (Liebig-Stipendium).

    Originalveröffentlichung

    Jens Noth et al.: [FeFe]-hydrogenase with chalcogenide substitutions at the H-cluster maintains full H2 evolution activity, in: Angewandte Chemie, 2016, DOI: 10.1002/ange.201511896

    Pressekontakt

    Prof. Dr. Thomas Happe, Arbeitsgruppe Photobiotechnologie, Fakultät für Biologie und Biotechnologie, Ruhr-Universität Bochum, Tel.: 0234 32 27026, E-Mail: thomas.happe@rub.de


    Bilder

    Grünalgen besitzen ein Enzym für die Wasserstoffproduktion, die Hydrogenase. Thomas Happe baut es mit seinen Kollegen im Reagenzglas nach.
    Grünalgen besitzen ein Enzym für die Wasserstoffproduktion, die Hydrogenase. Thomas Happe baut es mi ...
    © RUB, Katja Marquard
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    Merkmale dieser Pressemitteilung:
    Journalisten
    Biologie, Chemie, Energie
    überregional
    Forschungsergebnisse, Wissenschaftliche Publikationen
    Deutsch


     

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