Исследователи из Рурского университета Бохума проанализировали, как зеленые водоросли производят сложные компоненты фермента, вырабатывающего водород. Фермент, известный как гидрогеназа, может иметь отношение к биотехнологическому производству водорода.
На сегодняшний день мало что известно о том, как организмы образуют этот тип гидрогеназ в естественных условиях. Используя новые методы синтетической биологии, команда доктора Энн Сойер, аспиранта Ю Бай, доцента доктора Ани Хемшемайер и профессора доктора Томаса Хаппе из исследовательской группы Photobiotechnology из Бохума обнаружила, что в хлоропластах зеленых водорослей необходим специфический белковый механизм. для производства функциональной гидрогеназы. Исследователи опубликовали свои выводы в журнале «The Plant Journal».
Сложная структура
Команда работала с одноклеточной водорослью Chlamydomonas reinhardtii. Эти организмы имеют специфический белковый механизм в разных областях клеток, который собирает ферменты, например. в проводящих фотосинтез хлоропластах и в клеточной жидкости, т.е. в цитоплазме.
Одним из ферментов, требующих такой сборки, является фермент HYDA1, который содержит сложный кофактор, представляющий собой область внутри фермента, где происходит фактическое производство водорода. Кофактор состоит из кластера из четырех атомов железа и четырех атомов серы; конфигурация, часто встречающаяся в ферментах. Однако необычно то, что второй кластер из двух дополнительных атомов железа связывается с ним для водородного катализа.
Необходимо специальное белковое оборудование
Happe, Sawyer и их коллеги намеревались идентифицировать элементы, необходимые для производства кофактора в живой клетке. Они вводили предшественники гидрогеназы в разные области клетки зеленой водоросли, а именно в хлоропласт и цитоплазму. Белковый механизм хлоропласта был единственным, способным собрать функционирующую гидрогеназу. Механизм в цитоплазме не мог производить сложный кофактор.
Бактериальный фермент зеленых водорослей
В последующем тесте исследователи внедрили схему бактериальной гидрогеназы в геном зеленых водорослей. Chlamydomonas reinhardtii использовала его для производства функционального фермента, который эффективно вырабатывал водород.
«Основываясь на этих выводах, мы можем разработать биотехнологические методы для достижения эффективного производства водорода в зеленых водорослях», - говорит Хаппе. «Теперь мы знаем, что механизм, который собирает ферменты в хлоропластах, уникален и незаменим».