Enzimas biológicas como fuente de combustible de hidrógeno

28.11.2019 - Estados Unidos

Investigaciones de la Universidad de Illinois y la Universidad de California, Davis ha acercado a los químicos un paso más a la recreación de la maquinaria más eficiente de la naturaleza para la generación de gas hidrógeno. Este nuevo desarrollo puede ayudar a despejar el camino para que la industria del combustible hidrógeno desempeñe un papel más importante en el empuje global hacia fuentes de energía más amigables con el medio ambiente.

Actualmente, el gas hidrógeno se produce utilizando un proceso industrial muy complejo que limita su atractivo para el mercado de los combustibles verdes, dijeron los investigadores. En respuesta, los científicos están buscando hidrógeno biológicamente sintetizado, que es mucho más eficiente que el actual proceso hecho por el hombre, dijo el profesor de química y coautor del estudio Thomas Rauchfuss.

Las enzimas biológicas, llamadas hidrogenasas, son la maquinaria de la naturaleza para producir y quemar gas hidrógeno. Estas enzimas vienen en dos variedades, hierro-hierro y níquel-hierro - llamadas así por los elementos responsables de conducir las reacciones químicas. El nuevo estudio se centra en la variedad de hierro porque hace el trabajo más rápido, apuntaron los investigadores.

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El equipo entró en el estudio con una comprensión general de la composición química de los sitios activos dentro de la enzima. Ellos plantearon la hipótesis de que los sitios fueron ensamblados usando 10 partes: cuatro moléculas de monóxido de carbono, dos iones de cianuro, dos iones de hierro y dos grupos de un aminoácido que contiene azufre llamado cisteína.

El equipo descubrió que era más probable que el motor de la enzima estuviera compuesto por dos grupos idénticos que contenían cinco sustancias químicas: dos moléculas de monóxido de carbono, un ión cianuro, un ión hierro y un grupo cisteína. Los grupos forman una unidad estrechamente unida, y las dos unidades se combinan para dar al motor un total de 10 partes.

Pero el análisis de laboratorio de la enzima sintetizada en el laboratorio reveló una sorpresa final, aseguró Rauchfuss. "Nuestra receta está incompleta. Ahora sabemos que se necesitan 11 bits para hacer el motor de sitio activo, no 10, y estamos en la búsqueda de ese último bit".

Los miembros del equipo dicen que no están seguros de a qué tipo de aplicaciones llevará esta nueva comprensión de la enzima hidrogenasa hierro-hierro, pero la investigación podría proporcionar un kit de montaje que será instructivo para otros proyectos de diseño de catalizadores.

"La conclusión de este estudio es que una cosa es prever el uso de la enzima real para producir gas hidrógeno, pero es mucho más poderosa para entender su composición lo suficientemente bien como para poder reproducirla para su uso en el laboratorio", aseguró Rauchfuss.

Investigadores de la Universidad de Ciencias y Salud de Oregon también contribuyeron a este estudio.

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Publicación original

Guodong Rao et al.; "The binuclear cluster of [FeFe] hydrogenase is formed with sulfur donated by cysteine of an [Fe(Cys)(CO)2(CN)] organometallic precursor"; Proceedings of the National Academy of Sciences; 2019

https://www.quimica.es/noticias/1163900/enzimas-biologicas-como-fuente-de-combustible-de-hidrogeno.html