Ученые создали упрощенный аналог гидрогеназы для производства водорода
Ученые заставили ферредоксин делать то, чего природа не планировала.
Водород называют топливом будущего, но добывать его экологично до сих пор сложно. В природе за это отвечают ферменты — гидрогеназы. Они работают эффективно, но для промышленности не подходят: слишком большие (600 аминокислот!), капризные к кислороду и требуют мощных электронов, которые еще нужно получить без вреда для среды.
Ученые из Бохумского университета решили упростить эту систему. Водород в [FeFe]-гидрогеназах производит железосодержащая молекула — кофактор. Сам по себе он «спит», но в белковой оболочке работает почти как платиновый катализатор.
Кофактор — «помощник» белка, небелковая молекула (например, ион металла или витамин), без которой фермент не работает. Здесь — синтетическая железосодержащая структура, имитирующая активный центр гидрогеназы.
Результаты опубликованы в издании Advanced Science.
Секрет в симбиозе
Исследователи задались вопросом: можно ли заменить сложный фермент
Мы проверили: а что, если ферредоксин сам начнет производить водород? — рассказывает Вера Энгельбрехт, соавтор работы.
Оказалось, некоторые ферредоксины справляются с этой задачей, но только если их «перепрограммировать».
Сотрудничество белка и кофактора удивило ученых.
Спектроскопия и квантово-химические расчеты показали: ферредоксин создает идеальные условия для работы катализатора.
Правда, пришлось заменить его природный кофактор на синтетический аналог.
Теперь система может получать электроны напрямую от фотосинтеза, — поясняет Итин Шэ, второй автор.
Это первый шаг к созданию искусственного фермента — простого, миниатюрного и способного работать на свету.
Исследование сокращает путь к «зеленому» водороду. Если технологию масштабировать, можно:
- Уйти от платины — дорогого и редкого катализатора;
- Упростить биореакторы — маленькие белки стабильнее сложных ферментов;
- Интегрировать с солнечными панелями — ферредоксин уже «дружит» с фотосинтезом.
Главный плюс — снижение себестоимости. Но пока это лабораторный прототип.
Отметим, что эксперимент проводился в идеальных условиях. В реальности:
- Кислород из воздуха может «убить» катализатор;
- Неясно, как долго система работает без деградации;
- Синтез кофактора остается сложным и дорогим.
Ранее ученые улучшили производство водорода.
