Des chercheurs de la Freie Universität Berlin et de la Ruhr-Universität Bochum ont découvert un principe de réaction crucial des enzymes produisant de l'hydrogène. Des équipes dirigées par le Dr Ulf-Peter Apfel à Bochum et le Dr Sven T. Stripp de la Freie Universität ont étudié la production d'hydrogène moléculaire dans les algues vertes unicellulaires. Ils ont pu démontrer comment l'enzyme réussit à transférer successivement deux électrons à deux ions hydrogène et à assumer ainsi des états intermédiaires stables. L'hydrogène gazeux est considéré comme la source d'énergie du futur. Ainsi, il y a un intérêt industriel considérable à élucider le mécanisme de la production biologique. Les résultats ont été publiés dans le dernier numéro de la revue Angewandte Chemie .
Dans la nature vivante, diverses réactions chimiques se déroulent très lentement. L'utilisation d'enzymes augmente la probabilité ou la vitesse d'une réaction (catalyse). Fréquemment, l'apport et l'élimination des électrons jouent également un rôle - c'est ce qu'on appelle la réduction et l'oxydation. Enzymes spéciales, les hydrogénases, accélérer la conversion des ions hydrogène (protons) en hydrogène gazeux avec un rendement élevé. Ils absorbent les électrons en excès générés lors de la photosynthèse et libèrent de l'hydrogène gazeux comme sous-produit. Ce processus peut être décrit comme une réduction de deux protons avec deux électrons, moyennant quoi la réaction se déroule en plusieurs étapes.
"Après avoir reçu un premier électron, une enzyme est généralement moins susceptible d'en accepter une seconde, " souligne le Dr Sven Stripp. Malgré cela, deux électrons peuvent être transférés à deux protons. En utilisant des enzymes hydrogénases synthétiques, spectroscopie infrarouge avancée, et méthodes électrochimiques, les chercheurs ont étudié comment cela est possible. Ils ont démontré que la capture d'un électron au centre catalytique de l'enzyme est couplée à la liaison d'un proton. La charge positive du proton compense la charge négative de l'électron. En chimie, ce processus est connu sous le nom de transfert d'électrons couplés à des protons (PCET). "Ainsi, le deuxième électron peut être transféré avec une probabilité comparable au premier, " dit le Dr Ulf-Peter Apfel.
Selon les auteurs, cette observation est très pertinente pour comprendre le mécanisme catalytique des hydrogénases et pour la conception de complexes synthétiques pour la production d'hydrogène gazeux. En outre, les scientifiques pensent que les processus PCET pourraient également expliquer l'absorption de plusieurs électrons dans d'autres enzymes, car nombre de ces macromolécules portent des centres catalytiques d'atomes de fer et de soufre, similaires à celles des hydrogénases.
