Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Eine Zwischenablage für Elektronen

30.10.2012
Ein raffinierter Weg, auf natürlichem Wege Wasserstoff zu produzieren
Forscher vom MPI für Chemische Energiekonversion und von der RUB berichten in „Angewandte Chemie“

Wissenschaftler des Max-Planck-Instituts für Chemische Energiekonversion (MPI CEC) und der Ruhr-Universität Bochum (RUB) haben mit spektroskopischen Untersuchungen an einem wasserstoffproduzierenden Enzym herausgefunden, dass die Umgebung des katalytischen Zentrums im Enzym als Elektronenspeicher fungiert.


Die Grünalgenart Chlamydomonas reinhardtii, aus welcher die untersuchte [FeFe]-Hydrogenase isoliert wurde. Foto: MPI CEC/RUB

Somit kann es sehr effizient Wasserstoff produzieren, welcher großes Potenzial als regenerativer Energieträger hat. Die Ergebnisse beschreibt das Forscherteam in der Fachzeitschrift „Angewandte Chemie“.

Wasserstoff mit Enzymen herstellen

Bei dem untersuchten System handelt es sich um ein Enzym, das die Bildung und Umsetzung von Wasserstoff katalysiert. Es besitzt im Zentrum einen Doppeleisenkern, daher wird es auch [FeFe]-Hydrogenase genannt. Hydrogenasen sind von großem Interesse für die Energieforschung, da sie effizient Wasserstoff produzieren können. Doch nur mit einem tiefgehenden Verständnis ihrer Wirkweise kann man neue Katalysatoren entwickeln.

Elektronentransfer in mehreren Schritten

Bei der Wasserstoffproduktion tun sich zwei Elektronen mit zwei Protonen zusammen. Das Forscherteam zeigte, dass das erste Elektron zunächst wie erwartet auf das Eisenzentrum des Enzyms übertragen wird. Der zweite Transfer hingegen erfolgt auf einen Eisen-Schwefel-Cluster, der sich in der Peripherie befindet. Er bildet somit eine Zwischenablage für das zweite Elektron. Dieser „super-reduzierte“ Zustand ist möglicherweise für die extrem hohe Effizienz der Hydrogenase verantwortlich. Anschließend werden dann beide Elektronen in einem Schritt von dem Enzym auf die Protonen übertragen, so dass Wasserstoff entsteht. „Erst der Einsatz von zwei unterschiedlichen spektroskopischen Verfahren hat die Entdeckung möglich gemacht“, sagt Agnieszka Adamska, Doktorandin am MPI CEC, die die spektroskopischen Untersuchungen durchführte.

10.000 Moleküle Wasserstoff pro Sekunde

„Bis zu 10.000 Moleküle Wasserstoff kann ein einzelnes [FeFe]-Zentrum pro Sekunde generieren“, sagt Camilla Lambertz, Postdoktorandin an der RUB, die die biologischen Proben für das Projekt vorbereitete. Das Enzym gehört somit zu den effizientesten Hydrogenasen und wird daher von Biologen und Chemikern auch im Hinblick auf eine umweltfreundliche Wasserstoffproduktion intensiv untersucht. Der vollständige Mechanismus der Wasserstoffbildung ist allerdings komplex, und einige Schritte müssen noch geklärt werden. Als nächstes wollen die Wissenschaftler am MPI CEC und der Ruhr-Universität Bochum mit empfindlichen spektroskopischen Methoden das Proton lokalisieren, auf welches die beiden Elektronen übertragen werden. Dieses negativ geladene Wasserstoffatom (Hydrid) reagiert mit einem weiteren Proton, um Wasserstoff zu bilden. Inspiriert von der [FeFe]-Hydrogenase würden die Forscher gerne eigene wasserstoffproduzierende Katalysatoren entwickeln, welche für die Generierung von Wasserstoff eingesetzt werden könnten.

DOI: 10.1002/ange.201204800
http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/ange.201204800/abstract
Kontakt:
Dr. Rebekka Loschen, Wissenschaftskoordination
rebekka.loschen@cec.mpg.de
+49 (0)208 306 3681
Das Max-Planck-Institut für chemische Energiekonversion (MPI CEC) in Mülheim a.d.R. beschäftigt sich mit grundlegenden chemischen Prozessen, die bei der Speicherung und Umwandlung von Energie eine Rolle spielen. Das Ziel besteht darin, Sonnenlicht in kleinen, energiereichen Molekülen zu speichern und Energie so orts- und zeitunabhängig nutzbar zu machen. In den drei Abteilungen Heterogene Reaktionen, Molekulare Theorie und Spektroskopie und Biophysikalische Chemie arbeiten ca. 75 Forscher aus über 20 Ländern, und tragen mit ihrem Expertenwissen zur Vorbereitung einer nachhaltigen Energiewende bei.

Dr. Rebekka Loschen | Max-Planck-Institute
Weitere Informationen:
http://www.cec.mpg.de
http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/ange.201204800/abstract

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Lupinen beim Trinken zugeschaut – erstmals 3D-Aufnahmen vom Wassertransport zu Wurzeln
24.07.2017 | Universität Potsdam

nachricht Pfade ausleuchten im Fischgehirn
24.07.2017 | Max-Planck-Institut für Neurobiologie

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: 3-D scanning with water

3-D shape acquisition using water displacement as the shape sensor for the reconstruction of complex objects

A global team of computer scientists and engineers have developed an innovative technique that more completely reconstructs challenging 3D objects. An ancient...

Im Focus: Einblicke unter die Oberfläche des Mars

Die Region erstreckt sich über gut 1000 Kilometer entlang des Äquators des Mars. Sie heißt Medusae Fossae Formation und über ihren Ursprung ist bislang wenig bekannt. Der Geologe Prof. Dr. Angelo Pio Rossi von der Jacobs University hat gemeinsam mit Dr. Roberto Orosei vom Nationalen Italienischen Institut für Astrophysik in Bologna und weiteren Wissenschaftlern einen Teilbereich dieses Gebietes, genannt Lucus Planum, näher unter die Lupe genommen – mithilfe von Radarfernerkundung.

Wie bei einem Röntgenbild dringen die Strahlen einige Kilometer tief in die Oberfläche des Planeten ein und liefern Informationen über die Struktur, die...

Im Focus: Molekulares Lego

Sie können ihre Farbe wechseln, ihren Spin verändern oder von fest zu flüssig wechseln: Eine bestimmte Klasse von Polymeren besitzt faszinierende Eigenschaften. Wie sie das schaffen, haben Forscher der Uni Würzburg untersucht.

Bei dieser Arbeit handele es sich um ein „Hot Paper“, das interessante und wichtige Aspekte einer neuen Polymerklasse behandelt, die aufgrund ihrer Vielfalt an...

Im Focus: Das Universum in einem Kristall

Dresdener Forscher haben in Zusammenarbeit mit einem internationalen Forscherteam einen unerwarteten experimentellen Zugang zu einem Problem der Allgemeinen Realitätstheorie gefunden. Im Fachmagazin Nature berichten sie, dass es ihnen in neuartigen Materialien und mit Hilfe von thermoelektrischen Messungen gelungen ist, die Schwerkraft-Quantenanomalie nachzuweisen. Erstmals konnten so Quantenanomalien in simulierten Schwerfeldern an einem realen Kristall untersucht werden.

In der Physik spielen Messgrößen wie Energie, Impuls oder elektrische Ladung, welche ihre Erscheinungsform zwar ändern können, aber niemals verloren gehen oder...

Im Focus: Manipulation des Elektronenspins ohne Informationsverlust

Physiker haben eine neue Technik entwickelt, um auf einem Chip den Elektronenspin mit elektrischen Spannungen zu steuern. Mit der neu entwickelten Methode kann der Zerfall des Spins unterdrückt, die enthaltene Information erhalten und über vergleichsweise grosse Distanzen übermittelt werden. Das zeigt ein Team des Departement Physik der Universität Basel und des Swiss Nanoscience Instituts in einer Veröffentlichung in Physical Review X.

Seit einigen Jahren wird weltweit untersucht, wie sich der Spin des Elektrons zur Speicherung und Übertragung von Information nutzen lässt. Der Spin jedes...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Gipfeltreffen der String-Mathematik: Internationale Konferenz StringMath 2017

24.07.2017 | Veranstaltungen

Von atmosphärischen Teilchen bis hin zu Polymeren aus nachwachsenden Rohstoffen

24.07.2017 | Veranstaltungen

Recherche-Reise zum European XFEL und DESY nach Hamburg

24.07.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Gipfeltreffen der String-Mathematik: Internationale Konferenz StringMath 2017

24.07.2017 | Veranstaltungsnachrichten

Von atmosphärischen Teilchen bis hin zu Polymeren aus nachwachsenden Rohstoffen

24.07.2017 | Veranstaltungsnachrichten

Lupinen beim Trinken zugeschaut – erstmals 3D-Aufnahmen vom Wassertransport zu Wurzeln

24.07.2017 | Biowissenschaften Chemie