Preparar el camino para obtener hidrógeno a partir de enzimas de algas

Un equipo de investigadores ha identificado un detalle crucial que resulta esencial para la producción de hidrógeno mediante biocatalizadores

05.06.2024
© RUB, Marquard

Thomas Happe, Rieke Haas y Ulf-Peter Apfel (desde la izquierda) investigaron en detalle el centro catalítico de las algas para comprender mejor los requisitos de la producción de hidrógeno.

En determinadas condiciones, algunas algas son capaces de producir hidrógeno, una fuente de energía verde muy codiciada. Su producción tiene lugar en el singular centro catalítico de las algas unicelulares y sólo es posible si están presentes determinados cofactores de las proteínas pertinentes. Investigadores de la Universidad Ruhr de Bochum (Alemania) han identificado cómo se ensambla ese cofactor, el llamado clúster de hidrógeno. En concreto, describen en la revista JACS del 31 de mayo de 2024 el papel hasta ahora inexplicado de la enzima HydF, que interviene en los pasos finales del ensamblaje.

Los ligandos del clúster facilitan la producción de hidrógeno

"Los cúmulos de hierro y azufre ([FeS]) son cofactores proteicos esenciales y ampliamente distribuidos que desempeñan una amplia variedad de funciones en la célula", explica la autora principal, Rieke Haas, del grupo de investigación en Fotobiotecnología dirigido por el profesor Thomas Happe en la Universidad Ruhr de Bochum. Intervienen, por ejemplo, en la catalización de reacciones químicas, la transferencia de electrones, la detección de condiciones ambientales cambiantes y la síntesis de otros cofactores metálicos complejos.

Las hidrogenasas [FeFe] productoras de hidrógeno de las algas también tienen un clúster [FeS], un centro catalítico único. El hecho de que facilite la producción del portador de energía verde hidrógeno en condiciones de reacción suaves lo convierte en una prioridad de investigación clave para la producción de energía orientada al futuro. "Además de átomos de hierro y azufre, su cofactor contiene otros ligandos que hacen posible la conversión del hidrógeno", explica Rieke Haas. "Esto significa que la biosíntesis del cofactor requiere una compleja secuencia de diferentes pasos de síntesis para proporcionar todos los componentes necesarios". Para ello, el organismo necesita un aparato biosintético adaptado a este proceso, que incluye tres enzimas responsables de los principales pasos de síntesis. En particular, el papel de la enzima HydF, que interviene en los pasos finales de ensamblaje, ha quedado en gran medida sin explicar.

¿Qué papel desempeñan los aminoácidos individuales?

Los investigadores utilizaron la mutagénesis en sitios específicos para comprender mejor cómo se integra el precursor del cofactor en la enzima y cómo intervienen los aminoácidos individuales en el anclaje y la síntesis. HydF desempeña un papel durante la síntesis de un ligando esencial para la entrega de protones para el recambio de hidrógeno. Utilizando métodos como las mediciones de la producción de hidrógeno y la espectroscopia ATR-FTIR, el equipo reunió una comprensión más detallada del funcionamiento de HydF y, en particular, del papel de aminoácidos específicos. Al proporcionar información sobre la función hasta ahora desconocida de la enzima de maduración HydF, estos nuevos hallazgos pueden ayudar a arrojar luz sobre la biosíntesis del cofactor único de las [FeFe]-hidrogenasas.

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