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 Integrierte Zuckermoleküle schonen Zellkulturen
17.05.2019 | Fraunhofer-Institut für Angewandte Polymerforschung IAP

nachricht Erstmals Einsatz von gefäßschützendem Antikörper bei kardiogenem Schock
17.05.2019 | Deutsches Zentrum für Herz-Kreislauf-Forschung e.V.

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: Quanten-Cloud-Computing mit Selbstcheck

Mit einem Quanten-Coprozessor in der Cloud stoßen Innsbrucker Physiker die Tür zur Simulation von bisher kaum lösbaren Fragestellungen in der Chemie, Materialforschung oder Hochenergiephysik weit auf. Die Forschungsgruppen um Rainer Blatt und Peter Zoller berichten in der Fachzeitschrift Nature, wie sie Phänomene der Teilchenphysik auf 20 Quantenbits simuliert haben und wie der Quantensimulator das Ergebnis erstmals selbständig überprüft hat.

Aktuell beschäftigen sich viele Wissenschaftler mit der Frage, wie die „Quantenüberlegenheit“ auf heute schon verfügbarer Hardware genutzt werden kann.

Im Focus: Self-repairing batteries

UTokyo engineers develop a way to create high-capacity long-life batteries

Engineers at the University of Tokyo continually pioneer new ways to improve battery technology. Professor Atsuo Yamada and his team recently developed a...

Im Focus: Quantum Cloud Computing with Self-Check

With a quantum coprocessor in the cloud, physicists from Innsbruck, Austria, open the door to the simulation of previously unsolvable problems in chemistry, materials research or high-energy physics. The research groups led by Rainer Blatt and Peter Zoller report in the journal Nature how they simulated particle physics phenomena on 20 quantum bits and how the quantum simulator self-verified the result for the first time.

Many scientists are currently working on investigating how quantum advantage can be exploited on hardware already available today. Three years ago, physicists...

Im Focus: Accelerating quantum technologies with materials processing at the atomic scale

'Quantum technologies' utilise the unique phenomena of quantum superposition and entanglement to encode and process information, with potentially profound benefits to a wide range of information technologies from communications to sensing and computing.

However a major challenge in developing these technologies is that the quantum phenomena are very fragile, and only a handful of physical systems have been...

Im Focus: A step towards probabilistic computing

Working group led by physicist Professor Ulrich Nowak at the University of Konstanz, in collaboration with a team of physicists from Johannes Gutenberg University Mainz, demonstrates how skyrmions can be used for the computer concepts of the future

When it comes to performing a calculation destined to arrive at an exact result, humans are hopelessly inferior to the computer. In other areas, humans are...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

MS Wissenschaft startet Deutschlandtour mit Fraunhofer-KI an Bord

17.05.2019 | Veranstaltungen

Wie sicher ist autonomes Fahren?

16.05.2019 | Veranstaltungen

Chemie – das gemeinsame Element

16.05.2019 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Integrierte Zuckermoleküle schonen Zellkulturen

17.05.2019 | Biowissenschaften Chemie

Erstmals Einsatz von gefäßschützendem Antikörper bei kardiogenem Schock

17.05.2019 | Biowissenschaften Chemie

Additive Maschinen lernen Superlegierungen kennen

17.05.2019 | Maschinenbau

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics