Uma equipe de pesquisa de Bochum identificou um detalhe crucial que é essencial para a produção de hidrogênio usando biocatalisadores.
Sob certas condições, algumas algas são capazes de produzir hidrogénio – uma fonte de energia verde muito procurada. A sua produção ocorre no centro catalítico único das algas unicelulares e só é possível se estiverem presentes certos cofatores das proteínas relevantes. Pesquisadores da Ruhr University Bochum, na Alemanha, identificaram como esse cofator, o chamado cluster de hidrogênio, é montado. Especificamente, eles descrevem na revista JACS de 31 de maio de 2024 o papel até então inexplicável da enzima HydF, que está envolvida nas etapas finais da montagem.
Ligantes no cluster facilitam a produção de hidrogênio
“Ferro-Enxofre ([FeS]) os clusters são cofatores de proteínas essenciais e amplamente distribuídos que desempenham uma ampla variedade de funções na célula”, explica o autor principal Rieke Haas do grupo de pesquisa em fotobiotecnologia liderado pelo professor Thomas Happe na Ruhr University Bochum. Eles estão envolvidos, por exemplo, na catalisação reações químicas, transferência de elétrons, detecção de mudanças nas condições ambientais e síntese de outros cofatores metálicos complexos.
A produção de hidrogênio [FeFe] hidrogenases de algas também têm um [FeS] cluster – um centro catalítico único. O facto de facilitar a produção do hidrogénio, transportador de energia verde, sob condições de reacção moderadas, torna-o uma prioridade de investigação fundamental para a produção de energia orientada para o futuro. “Além dos átomos de ferro e enxofre, seu cofator contém outros ligantes que possibilitam a conversão do hidrogênio”, explica Rieke Haas. “Isso significa que a biossíntese do cofator requer uma sequência complexa de diferentes etapas de síntese para fornecer todos os componentes necessários”. Para isso, o organismo necessita de um aparato biossintético adaptado a esse processo, que inclui três enzimas responsáveis pelas principais etapas de síntese. Em particular, o papel da enzima HydF, que está envolvida nas etapas finais da montagem, permaneceu em grande parte inexplicável.
Qual o papel dos aminoácidos individuais?
Os pesquisadores usaram mutagênese específica do local para obter novos insights sobre como o precursor do cofator é integrado à enzima e como os aminoácidos individuais estão envolvidos na ancoragem e na síntese. HydF desempenha um papel durante a síntese de um ligante que é essencial para a entrega de prótons para a renovação do hidrogênio. Usando métodos como medições de produção de hidrogênio e espectroscopia ATR-FTIR, a equipe obteve uma compreensão mais detalhada de como o HydF funciona e, em particular, do papel de aminoácidos específicos. Ao fornecer informações sobre a função anteriormente desconhecida da enzima de maturação HydF, estas novas descobertas podem ajudar a esclarecer a biossíntese do cofator único de [FeFe]-hidrogenases.
Rieke Haas, Oliver Lampret, Shanika Yadav, Ulf-Peter Apfel, Thomas Happe: Uma bolsa de ligação conservada em HydF é essencial para a montagem biológica e coordenação do site Diiron de [FeFe]-Hidrogenases, em JACS, 2024, DOI: 10.1021/jacs.4c01635
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