Un equipo de investigación de Bochum ha identificado un detalle importante que es esencial para la producción de hidrógeno mediante biocatalizadores.
En determinadas condiciones, algunas algas pueden producir hidrógeno, una fuente de energía verde muy buscada. Su producción se produce en el núcleo catalítico único de las algas unicelulares y sólo es posible si están presentes ciertos cofactores de las proteínas correspondientes. Investigadores de la Universidad del Ruhr en Bochum (Alemania) han identificado cómo se forma dicho cofactor, el llamado grupo de hidrógeno. En particular, explican el papel previamente inexplicado de la enzima HydF, que participa en las etapas finales del ensamblaje, en la revista JACS del 31 de mayo de 2024.
Los ligandos del grupo facilitan la producción de hidrógeno.
“Los grupos de hierro-azufre ((FeS)) son cofactores proteicos esenciales y ampliamente distribuidos que desempeñan una variedad de funciones en la célula”, explica el autor principal Rick, del grupo de investigación de fotobiotecnología dirigido por el profesor Thomas Hepp de la Universidad del Ruhr en Bochum. Participan, 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 productoras de hidrógeno de algas (FeFe) también contienen un grupo (FeS), un núcleo catalítico único. El hecho de que facilite la producción del hidrógeno, portador de energía verde, en condiciones de reacción suaves, lo convierte en una importante prioridad de investigación para la producción de energía orientada al futuro. “Además de los átomos de hierro y azufre, su cofactor contiene otros ligandos que hacen posible la transferencia de hidrógeno”, explica Rick Haas. “Esto significa que la biosíntesis del cofactor requiere una secuencia compleja de diferentes pasos de síntesis para proporcionar todos los componentes necesarios”. Para ello, el organismo necesita un aparato biosintético que se adapte a este proceso, el cual incluye tres enzimas que se encargan de los principales pasos de la síntesis. En particular, el papel de la enzima HydF, que participa en los pasos finales del ensamblaje, no está claro en gran medida.
¿Qué papel juegan los aminoácidos individuales?
Los investigadores utilizaron mutagénesis específica de sitio para obtener nuevos conocimientos sobre cómo el cofactor se integra en la enzima precursora y cómo los aminoácidos individuales participan en el anclaje y la síntesis. HydF desempeña un papel durante la síntesis de un ligando que es esencial para el suministro de protones para el recambio de hidrógeno. Utilizando métodos como la medición de la producción de hidrógeno y la espectroscopia ATR-FTIR, el equipo obtuvo una comprensión más detallada de cómo funciona HydF y, en particular, el papel de aminoácidos específicos. Al proporcionar información sobre la función previamente desconocida de la enzima de maduración HydF, estos nuevos hallazgos pueden ayudar a arrojar luz sobre la biosíntesis de un cofactor único de (FeFe)-hidrogenasas.
