Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Das Know-How der Knallgasbakterien nutzen

11.03.2016

Charité-Wissenschaftler liefern neue Einblicke in die Funktionsweise von Wasserstoff-katalysierenden Enzymen

Hydrogenasen sind Enzyme, die Wasserstoff in Protonen und Elektronen spalten oder Protonen mit Elektronen zu Wasserstoff reduzieren. Ob sie Sauerstoff tolerieren, hängt von ihrer dreidimensionalen Struktur ab.

Hierbei scheinen neben der Beschaffenheit der katalytischen Metall-Zentren auch die Anzahl und die Größe bestimmter Kanäle eine wichtige Rolle zu spielen. Zu diesem Schluss kommen Wissenschaftler der Charité – Universitätsmedizin Berlin gemeinsam mit Forschern der Technischen Universität Berlin im Rahmen des Exzellenzclusters Unifying Concepts in Catalysis (UniCat). Die Ergebnisse der Studie sind in der aktuellen Ausgabe des Fachjournals Angewandte Chemie* veröffentlicht.

Wasserstoff gilt als Energieträger der Zukunft. Bei der Verbrennung von Wasserstoff mit Sauerstoff, der sogenannten Knallgasreaktion, wird mit 286 kj/mol ein sehr hohes Maß an Energie freigesetzt. Einige anaerobe Mikroorganismen, also solche, die ohne Sauerstoff leben, verwenden Wasserstoff als Energiequelle, indem sie ihn mittels Hydrogenasen oxidieren und so die im Wasserstoff gebundene Energie nutzen. Andere Mikroorganismen wiederum setzen ihre überschüssige Energie in Form von Wasserstoff frei, ebenfalls mithilfe einer Hydrogenase.

„Eine Besonderheit der Hydrogenasen ist ihre Empfindlichkeit gegenüber Sauerstoff. Dieser kann das katalytische Zentrum des Enzyms irreversibel beschädigen“, sagt Arbeitsgruppenleiter Dr. Patrick Scheerer vom Institut für Medizinische Physik und Biophysik der Charité.

„Eine Ausnahme bilden beispielsweise bestimmte aerob lebende H2-oxidierende Bakterien, die sogenannten Knallgasbakterien. Sie haben sich darauf spezialisiert, Wasserstoff in einer sauerstoffhaltigen Umgebung zu verarbeiten“, fügt er hinzu. In der aktuellen Untersuchung wollten die Forscher herausfinden, was die Hydrogenase der Knallgasbakterien resistenter gegenüber Sauerstoff macht.

Eine detaillierte Charakterisierung der sauerstofftoleranten Hydrogenasen ist von Bedeutung, weil sie eine neue Perspektive für den Einsatz dieser Enzyme in der Photosynthese-getriebenen Produktion von Bio-Wasserstoff aus Licht und Wasser eröffnet. Aber auch als Stromlieferanten in Enzymatischen Brennstoffzellen sind sauerstofftolerante Hydrogenasen von großer Relevanz.

Mithilfe verschiedener Methoden wie der Edelgas-Derivatisierung von Proteinkristallen und einer Röntgenstrukturanalyse untersuchten die Wissenschaftler die dreidimensionale Struktur des Proteins. Sie analysierten zudem die Wege, Länge und Größe der hydrophoben, also wasserabweisenden Gastunnel, welche die Zugänglichkeit von Substraten zum innenliegenden aktiven Zentrum des Enzyms ermöglichen. In einem weiteren Schritt verglichen die Forscher die Struktur von sauerstofftoleranten und sauerstoffsensitiven Hydrogenasen mittels Modellberechnungen.

„Unsere Ergebnisse zeigen wesentliche Unterschiede in der Anzahl und Größe der hydrophoben Gastunnel zwischen den Hydrogenasen. Diese Unterschiede sind womöglich ein wichtiger Grund für die bemerkenswerte Eigenschaft der Sauerstofftoleranz“, kommentiert Jacqueline Kalms, Erstautorin der Studie, die Ergebnisse.

*Krypton Derivatization of an O2 -Tolerant Membrane-Bound [NiFe] Hydrogenase Reveals a Hydrophobic Tunnel Network for Gas Transport. Kalms J, Schmidt A, Frielingsdorf S, van der Linden P, von Stetten D, Lenz O, Carpentier P, Scheerer P. Angew Chem Int Ed Engl. 2016 Feb 23. doi: 10.1002/anie.201508976. [Epub ahead of print] PMID:26913499.

Kontakt:
Dr. Patrick Scheerer
Institut für Medizinische Physik und Biophysik
AG Proteinstrukturanalyse und Signaltransduktion
Charité - Universitätsmedizin Berlin
t: +49 30 450 524 178
partick.scheerer@charite.de

Weitere Informationen:

Institut für Medizinische Physik und Biophysik
http://biophysik.charite.de/forschung/

Dr. Julia Biederlack | idw - Informationsdienst Wissenschaft

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Neue Maßstäbe für eine bessere Wasserqualität in Europa
27.02.2017 | Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung - UFZ

nachricht Neurobiologie - Vorausschauend teilen
27.02.2017 | Ludwig-Maximilians-Universität München

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Biowissenschaften Chemie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Wie Proteine Zellmembranen verformen

Zellen schnüren regelmäßig kleine Bläschen von ihrer Außenhaut ab und nehmen sie in ihr Inneres auf. Daran sind die EHD-Proteine beteiligt, die Professor Oliver Daumke vom MDC erforscht. Er und sein Team haben nun aufgeklärt, wie sich diese Proteine auf der Oberfläche von Zellen zusammenlagern und dadurch deren Außenhaut verformen.

Zellen schnüren regelmäßig kleine Bläschen von ihrer Außenhaut ab und nehmen sie in ihr Inneres auf. Daran sind die EHD-Proteine beteiligt, die Professor...

Im Focus: Safe glide at total engine failure with ELA-inside

On January 15, 2009, Chesley B. Sullenberger was celebrated world-wide: after the two engines had failed due to bird strike, he and his flight crew succeeded after a glide flight with an Airbus A320 in ditching on the Hudson River. All 155 people on board were saved.

On January 15, 2009, Chesley B. Sullenberger was celebrated world-wide: after the two engines had failed due to bird strike, he and his flight crew succeeded...

Im Focus: „Vernetzte Autonome Systeme“ von acatech und DFKI auf der CeBIT

Auf der IT-Messe CeBIT vom 20. bis 24. März präsentieren acatech – Deutsche Akademie der Technikwissenschaften und das Deutsche Forschungszentrum für Künstliche Intelligenz (DFKI) in Kooperation mit der Deutschen Messe AG vernetzte Autonome Systeme. In Halle 12 am Stand B 63 erwarten die Besucherinnen und Besucher unter anderem Roboter, die Hand in Hand mit Menschen zusammenarbeiten oder die selbstständig gefährliche Umgebungen erkunden.

Auf der IT-Messe CeBIT vom 20. bis 24. März präsentieren acatech – Deutsche Akademie der Technikwissenschaften und das Deutsche Forschungszentrum für...

Im Focus: Kühler Zwerg und die sieben Planeten

Erdgroße Planeten mit gemäßigtem Klima in System mit ungewöhnlich vielen Planeten entdeckt

In einer Entfernung von nur 40 Lichtjahren haben Astronomen ein System aus sieben erdgroßen Planeten entdeckt. Alle Planeten wurden unter Verwendung von boden-...

Im Focus: Mehr Sicherheit für Flugzeuge

Zwei Entwicklungen am Lehrgebiet Rechnerarchitektur der FernUniversität in Hagen können das Fliegen sicherer machen: ein Flugassistenzsystem, das bei einem totalen Triebwerksausfall zum Einsatz kommt, um den Piloten ein sicheres Gleiten zu einem Notlandeplatz zu ermöglichen, und ein Assistenzsystem für Segelflieger, das ihnen das Erreichen größerer Höhen erleichtert. Präsentiert werden sie von Prof. Dr.-Ing. Wolfram Schiffmann auf der Internationalen Fachmesse für Allgemeine Luftfahrt AERO vom 5. bis 8. April in Friedrichshafen.

Zwei Entwicklungen am Lehrgebiet Rechnerarchitektur der FernUniversität in Hagen können das Fliegen sicherer machen: ein Flugassistenzsystem, das bei einem...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Poseidon goes Politics – Wer oder was regiert die Ozeane?

27.02.2017 | Veranstaltungen

Fachtagung Rapid Prototyping 2017 – Innovationen in Entwicklung und Produktion

27.02.2017 | Veranstaltungen

Aufbruch: Forschungsmethoden in einer personalisierten Medizin

24.02.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Dendromax: Züchtung und Vermehrung von Mehrklonsorten der Hybridlärche, Douglasie und Aspe

27.02.2017 | Agrar- Forstwissenschaften

IAB-Arbeitsmarktbarometer: positiver Ausblick auf die kommenden Monate

27.02.2017 | Wirtschaft Finanzen

Poseidon goes Politics – Wer oder was regiert die Ozeane?

27.02.2017 | Veranstaltungsnachrichten