محققان یک اصل واکنش حیاتی از آنزیم های تولید کننده هیدروژن را کشف کرده و تولید هیدروژن مولکولی را در جلبک های سبز تک سلولی مورد بررسی قرار دادند. آنها توانستند نشان دهند که چگونه آنزیم موفق به انتقال دو الکترون به صورت متوالی به دو یون هیدروژن می شود و به این ترتیب حالت های پایدار متوسط را ایجاد می کند. گاز هیدروژن به عنوان منبع انرژی آینده شناخته می شود. بنابراین دانشمندان سعی بر توضیح مکانیسم صنعتی تولید بیولوژیک آن را دارند.
در طبیعت زنده انواع واکنش های شیمیایی بسیار آرام انجام می شود. استفاده از آنزیم ها احتمال یا سرعت یک واکنش (کاتالیز) را افزایش می دهد. اغلب تامین و حذف الکترون نیز نقش مهمی دارد – این به معنای کاهش و اکسیداسیون است. آنزیم های ویژه، هیدروژناز ها، تبدیل یون های هیدروژن (پروتون ها) را به گاز هیدروژن با راندمان بالا تسریع می دهند. آنها الکترونهای اضافی را که در طول فتوسنتز تولید می شوند جذب می کنند و گاز هیدروژن را بعنوان یک محصول جانبی آزاد می کنند.
این فرایند را می توان به عنوان کاهش دو پروتون با دو الکترون توصیف کرد، که در نتیجه واکنش در چند مرحله انجام می شود.
به گفته محققین، پس از دریافت یک الکترون اول، یک آنزیم به احتمال کمتری یک الکترون دیگر را قبول می کند. علیرغم این، دو الکترون می توانند به دو پروتون منتقل شوند. محققان با استفاده از آنزیم های هیدروژنه مصنوعی، طیف سنجی مادون قرمز پیشرفته و روش های الکتروشیمیایی، این امکان را به دست آوردند. آنها نشان دادند که جذب الکترون در مرکز کاتالیزوری آنزیم همراه با اتصال پروتون است. بار مثبت پروتون جبران کننده بار منفی الکترون است.
در شیمی، این فرایند به عنوان انتقال الکترونی متصل پروتون (PCET) شناخته می شود. بنابراین الکترون دوم می تواند با احتمال اول، انتقال یابد.
به گفته محققان، این مشاهدات برای درک مکانیسم کاتالیزوری هیدروژناز و طراحی سازه های مصنوعی برای تولید گاز هیدروژن بسیار مهم است. علاوه بر این، دانشمندان بر این باورند که فرایندهای PCET می توانند جذب الکترون های متعدد را در سایر آنزیم ها نیز توضیح دهند، زیرا بسیاری از این ماکرومولکول ها دارای مراکز کاتالیزوری اتم های آهن و گوگرد هستند که شبیه هیدروژن است.
مترجم: اعظم السادات موسوی زاده
☑️لینک خبر
☑️عضویت در زیست فن میکروبی، صنعت و محیط زیست
