Meine Merkliste
my.bionity.com  
Login  

Biotechnolgische Wasserstoffproduktion: So bauen Grünalgen ihre Enzyme zusammen

30.03.2017

© RUB, Kramer

Thomas Happe und Anne Sawyer suchen nach effizienten Wegen für die biotechnolgische Wasserstoffproduktion.

Schon seit rund zehn Jahren arbeiten Bochumer Wissenschaftler an biotechnologischen Methoden für die Wasserstoffproduktion. Grünalgen könnten der Schlüssel sein.

Wie Grünalgen komplexe Bestandteile eines Wasserstoff produzierenden Enzyms herstellen, haben Forscher der Ruhr-Universität Bochum untersucht. Die Enzyme, auch Hydrogenasen genannt, sind für die biotechnologische Erzeugung des potenziellen Energieträgers interessant.

Bislang ist wenig erforscht, wie Organismen unter natürlichen Umständen ihren speziellen Hydrogenase-Typ bilden. Das Team um Dr. Anne Sawyer, Doktorandin Yu Bai, Privatdozentin Dr. Anja Hemschemeier und Prof. Dr. Thomas Happe von der Bochumer Arbeitsgruppe Photobiotechnologie fand mit neuen Methoden der synthetischen Biologie heraus, dass es eine spezielle Proteinmaschinerie in den Chloroplasten der Grünalgen braucht, um eine funktionstüchtige Hydrogenase herzustellen.

Komplexer Aufbau

Das Team arbeitete mit der einzelligen Alge Chlamydomonas reinhardtii. In verschiedenen Bereichen der Zelle besitzen diese Organismen eine bestimmte Proteinmaschinerie, die Enzyme zusammensetzt – etwa in den Fotosynthese treibenden Chloroplasten oder in der Zellflüssigkeit, dem Zytoplasma.

Das Enzym HYDA1 besitzt einen besonders komplex aufgebauten Bereich: den sogenannten Kofaktor, also den Ort im Enzym, an dem die eigentliche Wasserstoffproduktion stattfindet. Der Kofaktor besteht aus einem Cluster von vier Eisen- und vier Schwefelatomen; diese Konfiguration findet sich häufig in Enzymen. Ungewöhnlich ist jedoch, dass sich für die Wasserstoffkatalyse daran ein zweites Cluster aus zwei zusätzlichen Eisenatomen bindet.

Besondere Proteinmaschinerie erforderlich

Happe, Sawyer und ihre Kollegen wollten herausfinden, was es braucht, um den Kofaktor in der lebenden Zelle zu produzieren. Sie brachten Vorstufen der Hydrogenase in verschiedene Bereiche der Grünalgenzelle ein, nämlich in die Chlorplasten und in das Zytoplasma. Allein die Proteinmaschinerie in den Chloroplasten war in der Lage, daraus eine funktionierende Hydrogenase zusammenzubauen. Die Maschinerie im Zytoplasma konnte den komplexen Kofaktor hingegen nicht herstellen.

Bakterienenzym in der Grünalge

In weiteren Tests schleusten die Forscher den Bauplan für eine bakterielle Hydrogenase in das Genom der Grünalge ein. Chlamydomonas reinhardtii produzierte daraus ein funktionierendes Enzym, das effizient Wasserstoff herstellte.

„Diese Erkenntnisse sind für uns eine Grundlage, um Grünalgen biotechnologisch auf eine effizientere Wasserstoffproduktion zu trimmen“, sagt Happe. „Wir wissen jetzt, dass die Maschinerie, die die Enzyme in den Chloroplasten zusammenbaut, etwas Besonderes und nicht Ersetzbares ist.“

Fakten, Hintergründe, Dossiers
  • Algen
  • Grünalgen
  • Ruhr-Universität Bochum
  • Hydrogenase
  • Chlamydomonas reinhardtii
  • Chloroplasten
  • Zytoplasma
Mehr über Ruhr-Universität Bochum
  • News

    Lungenerkrankungen: Asbest ist unvergänglich

    Asbestfasern sind in der menschlichen Lunge über fast 40 Jahre in derselben Menge nachweisbar. Das hat die Auswertung eines weltweit einzigartigen Datensatzes des Deutschen Mesotheliomregisters am Institut für Pathologie der Ruhr-Universität Bochum (RUB) gezeigt. Der Datensatz enthält Messe ... mehr

    Sind Generika genauso gut wie teure Originalarznei?

    Bloß weil ein nachgemachtes Medikament den gleichen Wirkstoff wie das Original enthält, muss es nicht auch genauso wirksam sein. Bisherige Kontrollmechanismen haben Schwächen. Ob ein Generikum tatsächlich auf die gleiche Weise wirkt wie die Originalarznei, soll künftig mit verbesserten stat ... mehr

    Wie Enzyme Wasserstoff produzieren

    Jahrelang hatten Forscher angenommen, dass es bei der Reaktion einen hoch instabilen Zwischenzustand geben müsse. Nachweisen konnte ihn niemand. Bis jetzt. Den entscheidenden Katalyseschritt bei der Wasserstoffproduktion durch Enzyme haben Forscher der Ruhr-Universität Bochum und der Freien ... mehr

  • Firmen

    Ruhr-Universität Bochum (RUB)

    Wir sind mit rund 100 Studiengängen in den Ingenieur-, Natur-, Geistes-, Sozialwissenschaften und der Medizin eine der vielseitigsten und mit ca. 35.000 Studierenden, 460 Professoren und 2.400 Wissenschaftlern eine der größten und leistungsstärksten Universitäten in Deutschland. mehr

  • Universitäten

    Ruhr-Universität Bochum (RUB)

    Mitten in der dynamischen, gastfreundlichen Metropolregion Ruhrgebiet im Herzen Europas gelegen, ist die Ruhr-Universität mit ihren 20 Fakultäten Heimat von 5.000 Beschäftigten und über 33.000 Studierenden aus 130 Ländern. Alle großen wissenschaftlichen Disziplinen sind auf einem kompakten ... mehr

Ihr Bowser ist nicht aktuell. Microsoft Internet Explorer 6.0 unterstützt einige Funktionen auf Chemie.DE nicht.