来自细菌和藻类的某些酶可以从质子和电子中产生分子氢——许多希望寄托在其上的能量载体。为此，他们所需要的只是光能。使用它们的主要障碍是它们会因与氧气接触而被破坏。

来自德国波鸿鲁尔大学 RESOLV 卓越集群的跨学科研究团队成功地对一种产氢酶进行了基因改造，使其免受氧气侵害。由光生物技术小组组长 Thomas Happe 教授、Lars Schäfer 教授和 Ulf-Peter Apfel 教授领导的研究人员于2022 年 12 月 28 日在ACS Catalysis杂志上报告了他们的发现。

为了成功实现能源转型，我们需要环保型能源载体。如果氢能以碳中和的方式大规模生产，它可能就是这样一种来源。研究人员依赖于某些藻类和细菌中天然存在的酶，仅举几例。

“由于它们的高转化率，它们可以作为未来氢催化剂设计的生物蓝图，”主要作者 Andreas Rutz 解释道。但它们独特的活性位点，称为 H 簇，会在与氧气接触时降解。“这是氢研究中最大的障碍，”Rutz 说。

耐氧性大幅提升

最近发现的称为 CbA5H 的 [FeFe] 氢化酶是同类中唯一已知的可以通过分子保护机制保护自身免受氧气侵害的酶。然而，一部分氢化酶也在这个过程中被破坏。为了解决这个问题，研究人员专门交换了这种酶的组成部分。这种基因改造意味着它们可以显着提高氢化酶的耐氧性。

该团队将定点诱变与电化学、红外光谱和分子动力学模拟相结合，以更好地了解原子水平上的转化动力学。

“我们打算利用我们的发现来了解蛋白质结构的局部修饰如何显着影响蛋白质动力学，以及它们如何有效地控制无机中心的反应性，”Lars Schäfer 和 Ulf-Peter Apfel 解释说。