Ученые раскрыли ключевые этапы работы ферментов для водородной энергетики
Международная группа ученых смогла впервые непосредственно наблюдать ключевые промежуточные этапы каталитического цикла в ферментах-гидрогеназах, которые расщепляют и производят водород. Эти ферменты, содержащие ионы никеля и железа, являются высокоэффективными природными катализаторами, служащими моделью для технологий чистой энергетики.
Рис. 1. Модель регуляторной [NiFe]-гидрогеназы из Cupriavidus necator. Автор: Джорджио Казерта
Исследователи из Технического университета Берлина и синхротронного центра DESY в Гамбурге разработали стратегию внедрения специфического изотопа железа (57Fe) непосредственно в активный центр фермента. Это позволило применить ядерный резонансный колебательный спектроскопический метод (NRVS), который изолирует колебательные сигнатуры атомов железа и достаточно чувствителен для обнаружения слабых сигналов атомов водорода, связанных с металлическими центрами.
С помощью этого подхода ученые смогли непосредственно идентифицировать и различить два промежуточных гидридных соединения, связанных с железом, в каталитическом цикле фермента.
Рис. 2. Схематическое представление [NiFe]-гидрогеназы с спектром NRVS, показывающим две наблюдаемые Fe-H полосы. Автор: Джорджио Казерта
Одним из поразительных открытий стало то, что два гидридных промежуточных соединения демонстрируют совершенно разные связи, что приводит к двум колебательным полосам Fe-гидрида, разделенным большим энергетическим зазором. При этом каталитическое [NiFe] ядро фермента остается исключительно жестким на протяжении всего каталитического цикла.
ИИ: Это исследование приближает нас к созданию эффективных синтетических катализаторов для водородной энергетики, демонстрируя, что структурная жесткость активного центра может быть столь же важна, как и его реакционная способность.
0 комментариев