Zrak kot vir energije

Mednarodna raziskovalna skupina je opisala bio- in elektrokemično delovanje bakterijskega encima Huc iz bakterije Mycobactérium smégmatis, ki je sposoben oksidirati molekularni vodik iz zraka in ga pretvoriti v vir energije za celico.

Encim Huc je v osnovi hidrogenaza, kakor imenujemo skupino encimov, ki vsebujejo kovinske ione in katalízirajo oksidacijo molekule vodika. Hidrogenaze, ki v aktivnem mestu vsebujejo nikelj in železo, najdemo zgolj pri prokariontskih organizmih, delujejo pa tako, da oksidirajo vodik – molekuli vodika torej odvzamejo dva elektrona in ga na ta način pretvorijo v njegovo ionsko obliko H+. Ključni so predvsem odvzeti elektroni, ki se nato v celici prenesejo naprej po elektronski prenašalni verigi; s tem pa celica energijo, ki izvira iz oksidacije vodika, pretvori v kemično energijo ATP, ki jo lahko uporabi za celične procese. 

Znanost / Znanstveni britoff

Za tango nista vedno potrebna dva

O prostranstvih bakterijskega metabolizma

Katarina Bačnik

 / 1. 4. 2020

Posebnost hidrogenaze Huc je v njeni izredno veliki afinitéti za vezavo vodika iz atmosferskega zraka, v katerem se vodik nahaja v zelo nizkem deležu – okvirno 530 molekul na milijardo delcev volumna. Ne poznamo namreč nobenega kemičnega katalizátorja, ki bi imel tako dobro sposobnost vezave vodika. Poleg tega pa hidrogenaza Huc ni občutljiva na kisik, ki ga je v zraku bistveno več od vodika. Ta sicer velja za zaviralca metaloencimov, torej tudi hidrogenaz, ki v svojem aktivnem mestu vsebujejo kovinske ione, saj se veže in zasiči aktivno mesto encima ter s tem inhibira njegovo delovanje. 

Da bi razumeli delovanje encima Huc, je mednarodna raziskovalna skupina iz Avstralije in Velike Britanije raziskala njegovo strukturo in mehanizem delovanja. Najprej so encim iz bakterije Mycobactérium smégmatis izolirali in preverili afinitéto vezave vodika v različnih koncentracijah, pa tudi delovanje encima v pogojih s prisotnostjo kisika in brez nje. Oksidacijo vodika so zaznavali z metodo plinske kromatografije, rezultati pa so pokazali, da katalíza poteka tudi pri komaj zaznavnih koncentracijah vodika. Prisotnost ali odsotnost kisika na oksidacijo vodika ni imela vpliva.

Strukturna analiza je nadalje pokazala, da je encim Huc zgrajen iz treh proteinskih podenot, ki se sestavijo v delujoč encim z obliko štiriperesne deteljice. Za razliko od že poznanih hidrogenaz, ki vsebujejo Fe-S kòencím s štirimi atomi železa in štirimi atomi žvepla, je hidrogenaza Huc sestavljena iz treh kòencímov, ki vsebujejo tri atome železa in štiri atome žvepla. Takšna sestava poveča redukcijsko moč in najverjetne igra vlogo pri veliki afinitéti vezave vodika.

Znanost / Znanstveni britoff

Od vodika se zvrti

Kritična stopnja vodikovih izpustov vpliva na metanski kemični krog

Martin Ulaga

 / 14. 12. 2022

Raziskovalke in raziskovalci so nato raziskali, na kakšen način zgradba encima kisiku prepreči vmešavanje v njegovo delovanje. Encim se nahaja ob membrani bakterijske celice, molekule vodika pa se na aktivno mesto encima dovajajo skozi hidrofóbne plinske kanalčke. Raziskovalna skupina je odkrila še, da se kanalčki na nekem mestu zožijo in na ta način preprečijo velikim molekulam kisika, da bi dosegle katalítično mesto encima.

O bakterijah lahko vedno kaj novega napiše Teja.

Vir slike: https://www.maxpixel.net/Circles-H2-Chemistry-Hydrogen-Molecular-Hydroge... distributed with a Creative Commons Zero - CC0.