Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Wasserstoffumsetzung durch das Enzym „Hydrogenase“

27.01.2015

Forscher des Max-Planck-Institutes für Chemische Energiekonversion berichten in NATURE über eine neue ultrahoch aufgelöste Kristallstruktur des katalytisch aktiven Zustandes der [NiFe]-Hydrogenase.

Proteinkristallographie ist nach wie vor die Methode der Wahl, um die atomare Struktur großer biologischer Makromoleküle zu bestimmen. Eine der größten Limitierungen dieser Methode besteht darin, dass Wasserstoffatome nur schwer zu erfassen sind. Sie machen jedoch etwa 50% aller Atome in Proteinen aus und sind oft in wichtige Interaktionen involviert.

Ihre Detektion, die eine besonders hohe Auflösung erfordert, ist von besonderer Bedeutung bei Enzymen, bei denen Wasserstoff direkt an der Reaktion beteiligt ist, wie zum Beispiel bei den Hydrogenasen.

Forscher des MPI für Chemische Energiekonversion (MPI CEC) haben nun gezeigt, wie durch sorgfältige Präparation reproduzierbar Einkristalle mit herausragender Qualität erhalten werden können, ausreichend für eine Auflösung im subatomaren Bereich. So können die meisten Wasserstoffatome erfasst werden - sogar in der Nähe von Metallatomen. Die neu erhaltenen Informationen und Perspektiven für die Proteinkristallographie werden am Beispiel einer Hydrogenase gezeigt.

Aufgrund der interessanten Möglichkeiten in der Biotechnologie sind Hydrogenasen weltweit im Fokus von Energieforschern und dienen als natürliche Modelle für biomimetische Katalysatoren in der Wasserstoffproduktion und -umsetzung. Um die Hydrogenasen zu studieren, ist es essentiell die Wasserstoffatome in der Kristallstruktur zu untersuchen.

Die Forscher des MPI CEC waren nun erstmals in der Lage, eine ultrahoch aufgelöste Struktur von einer [NiFe]-Hydrogenase zu erhalten, die ein außerordentlich detailliertes Bild des Enzyms in einem spezifischen katalytischen Zustand lieferte. Dieser Zustand wurde bisher noch nicht beschrieben, er ist jedoch von zentraler Bedeutung für die Katalyse.

Die Analyse lieferte die Positionen der meisten Wasserstoffatome, zum Beispiel auch die exakte Position des Hydrides und des Protons, die aus der heterolytischen Wasserstoffspaltung des Enzyms hervorgehen. Die direkte Detektion der Produkte der Wasserstoffumwandlung ist eines der wichtigen Ergebnisse dieser Veröffentlichung.

Um die ultrahoch aufgelöste Struktur zu erhalten, haben die Forscher die [NiFe]-Hydrogenase aus dem Bakterium Desulfovibrio vulgaris Miyazaki F unter strikt anaeroben Bedingungen isoliert, gereinigt und kristallisiert, um jede Inaktivierung oder oxidative Schädigung des Proteins zu verhindern. Unter Schutzgas/H2-Atmosphäre wurde der spezifisch der Ni-R Zustand in reiner Form erhalten. Sie nutzten einen Synchrotron der dritten Generation (BESSY II, Berlin) um einen Datensatz mit hoher Qualität aufzunehmen, welcher dann sorgfältig analysiert wurde.

Dieses Projekt wurde von der Max-Planck-Gesellschaft, der Deutsche Forschungsgemeinschaft als Teil des Exzellenzclusters RESOLV (EXC 1069), dem BMBF (03SF0355C) und dem EU/Energy Network project SOLAR-H2 (FP7 Vertrag 212508) gefördert.

Weitere Informationen:
Der Link zu der Publikation in Nature:
“Hydrogens detected by subatomic resolution protein crystallography in a [NiFe] hydrogenase”
Hideaki Ogata, Koji Nishikawa, and Wolfgang Lubitz
Nature, doi: 10.1038/nature14110
http://www.nature.com/

Prof. Dr. Dr. h.c. Wolfgang Lubitz, Direktor am Max-Planck-Institut für Chemische Energiekonversion in Mülheim an der Ruhr, 0208/306-3614, wolfgang.lubitz@cec.mpg.de, http://www.cec.mpg.de

Weitere Informationen:

http://www.cec.mpg.de
http://www.nature.com/

Christin Ernst | Max-Planck-Institut für Chemische Energiekonversion

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Forscherteam der Universität Bremen untersucht Korallenbleiche
24.04.2017 | Universität Bremen

nachricht Feinste organische Partikel in der Atmosphäre sind häufiger glasartig als flüssige Öltröpfchen
21.04.2017 | Max-Planck-Institut für Chemie

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: Löschbare Tinte für den 3-D-Druck

Im 3-D-Druckverfahren durch Direktes Laserschreiben können Mikrometer-große Strukturen mit genau definierten Eigenschaften geschrieben werden. Forscher des Karlsruher Institus für Technologie (KIT) haben ein Verfahren entwickelt, durch das sich die 3-D-Tinte für die Drucker wieder ‚wegwischen‘ lässt. Die bis zu hundert Nanometer kleinen Strukturen lassen sich dadurch wiederholt auflösen und neu schreiben - ein Nanometer entspricht einem millionstel Millimeter. Die Entwicklung eröffnet der 3-D-Fertigungstechnik vielfältige neue Anwendungen, zum Beispiel in der Biologie oder Materialentwicklung.

Beim Direkten Laserschreiben erzeugt ein computergesteuerter, fokussierter Laserstrahl in einem Fotolack wie ein Stift die Struktur. „Eine Tinte zu entwickeln,...

Im Focus: Leichtbau serientauglich machen

Immer mehr Autobauer setzen auf Karosserieteile aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff (CFK). Dennoch müssen Fertigungs- und Reparaturkosten weiter gesenkt werden, um CFK kostengünstig nutzbar zu machen. Das Laser Zentrum Hannover e.V. (LZH) hat daher zusammen mit der Volkswagen AG und fünf weiteren Partnern im Projekt HolQueSt 3D Laserprozesse zum automatisierten Besäumen, Bohren und Reparieren von dreidimensionalen Bauteilen entwickelt.

Automatisiert ablaufende Bearbeitungsprozesse sind die Grundlage, um CFK-Bauteile endgültig in die Serienproduktion zu bringen. Ausgerichtet an einem...

Im Focus: Making lightweight construction suitable for series production

More and more automobile companies are focusing on body parts made of carbon fiber reinforced plastics (CFRP). However, manufacturing and repair costs must be further reduced in order to make CFRP more economical in use. Together with the Volkswagen AG and five other partners in the project HolQueSt 3D, the Laser Zentrum Hannover e.V. (LZH) has developed laser processes for the automatic trimming, drilling and repair of three-dimensional components.

Automated manufacturing processes are the basis for ultimately establishing the series production of CFRP components. In the project HolQueSt 3D, the LZH has...

Im Focus: Wonder material? Novel nanotube structure strengthens thin films for flexible electronics

Reflecting the structure of composites found in nature and the ancient world, researchers at the University of Illinois at Urbana-Champaign have synthesized thin carbon nanotube (CNT) textiles that exhibit both high electrical conductivity and a level of toughness that is about fifty times higher than copper films, currently used in electronics.

"The structural robustness of thin metal films has significant importance for the reliable operation of smart skin and flexible electronics including...

Im Focus: Immunzellen helfen bei elektrischer Reizleitung im Herzen

Erstmals elektrische Kopplung von Muskelzellen und Makrophagen im Herzen nachgewiesen / Erkenntnisse könnten neue Therapieansätze bei Herzinfarkt und Herzrhythmus-Störungen ermöglichen / Publikation am 20. April 2017 in Cell

Makrophagen, auch Fresszellen genannt, sind Teil des Immunsystems und spielen eine wesentliche Rolle in der Abwehr von Krankheitserregern und bei der...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Forschungsexpedition „Meere und Ozeane“ mit dem Ausstellungsschiff MS Wissenschaft

24.04.2017 | Veranstaltungen

3. Bionik-Kongress Baden-Württemberg

24.04.2017 | Veranstaltungen

Smart-Data-Forschung auf dem Weg in die wirtschaftliche Praxis

21.04.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Phoenix Contact übernimmt Spezialisten für Netzleittechnik

24.04.2017 | Unternehmensmeldung

Phoenix Contact beteiligt sich an Berliner Start-up Unternehmen für Energiemanagement

24.04.2017 | Unternehmensmeldung

Phoenix Contact übernimmt Spezialisten für industrielle Kommunikationstechnik

24.04.2017 | Unternehmensmeldung