Hydrogenasen zur Wasserstoffproduktion Auf dem Weg zur großtechnischen Nutzung von Hydrogenasen zur Wasserstoffproduktion

Hydrogenasen sind Proteine, die aus Elektronen und Protonen molekularen Wasserstoff herstellen können. Doch das Ganze funktioniert momentan nur unter Ausschluss von Sauerstoff. Bochumer Biologen haben nun die Ursachen hierfür erforscht. Die Entdeckung ebnet den Weg für eine gezielte Modifikation der Hydrogenase, die eine industrielle Nutzung denkbar macht.

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Bochum – Hydrogenasen wirken als Katalysatoren und können aus Elektronen und Protonen molekularen Wasserstoff herstellen. Eines der Proteine kann bis zu 9 000 Moleküle Wasserstoff pro Sekunde produzieren. Kommt jedoch Sauerstoff ins Spiel, geht die Wasserstofffabrik sofort und endgültig zugrunde, was die großtechnische Nutzung des Enzyms erschwert. Warum Sauerstoff so zerstörerisch wirkt, haben Bochumer Biologen um Prof. Dr. Thomas Happe gemeinsam mit Kollegen aus Oxford und Berlin auf molekularer Ebene untersucht. Ergebnis: Sauerstoffatome docken am selben Bindungsort an wie das eigentliche Substrat, der Wasserstoff. Durch Elektronenübertragung entstehen aggressive Sauerstoffformen, die Teile des Enzymkerns attackieren. Ziel der Forscher ist es jetzt, das Enzym gegen Sauerstoff unempfindlich zu machen. Sie berichten in den Proceedings of the National Academy of Science (PNAS) und im Journal of the American Chemical Society (JACS).

Grünalgen produzieren Wasserstoff bei Energieüberschuss

Die Hydrogenasen kommen auch in Grünalgen vor, die mittels Energie aus Sonnenlicht Wasser zu Sauerstoff, Protonen und Elektronen spalten können. Dank der Hydrogenase haben die Grünalgen die Möglichkeit, überschüssige Energie in Form von Elektronen auf Protonen zu übertragen, wobei Wasserstoff entsteht. In der Arbeitsgruppe Photobiotechnologie am Lehrstuhl Biochemie der Pflanzen erforscht Prof. Dr. Thomas Happe die Zusammenhänge von Photosynthese und Wasserstoffproduktion am Beispiel der einzelligen Grünalge Chlamydomonas reinhardtii. Diese photosynthetisch aktiven Algen geben unter Schwefelmangelbedingungen große Mengen Wasserstoff an ihre Umgebung ab. Seit dieser Entdeckung im Jahr 2000 gilt die photobiologische Wasserstoffproduktion als viel versprechende Möglichkeit zur Herstellung von umweltfreundlichem Wasserstoff.

Der katalytisch aktive Kern

Die AG Photobiotechnologie arbeitet an der biochemischen und biophysikalischen Charakterisierung der für die Wasserstoffproduktion verantwortlichen Enzyme. Die Hydrogenasen verfügen

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