Um pêndulo molecular para a produção eficiente de hidrogénio
Descoberta suscita esperanças de melhores biocatalisadores para a indústria
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As enzimas que são particularmente eficientes na produção de hidrogénio têm de capturar protões do solvente com extrema rapidez para o conseguirem fazer. Investigadores de Bochum descobriram como é que estas enzimas o conseguem.
Quase todos os processos metabólicos requerem protões — átomos de hidrogénio com carga positiva. Embora estes sejam abundantes no fluido celular, os biocatalisadores envolvidos dependem de mecanismos para capturar protões de forma eficiente e transportá-los para o local onde ocorre a catálise. As enzimas de microrganismos podem produzir hidrogénio (H₂) através da combinação de eletrões com protões. Estas chamadas hidrogenases são tão eficientes que um único biocatalisador consegue capturar quase 10 000 protões por segundo. Uma equipa de investigadores do grupo de Fotobiotecnologia da Universidade Ruhr de Bochum, na Alemanha, descobriu como é que o fazem. Os investigadores publicaram as suas descobertas no Journal of the American Chemical Society de 27 de outubro de 2026.
Como um inibidor nos pode ajudar a compreender os biocatalisadores
O zinco ocorre naturalmente em muitos biocatalisadores, onde é necessário para o mecanismo de reação. Este ião metálico liga-se a grupos reativos de certos componentes moleculares — os aminoácidos — da enzima. «No entanto, através desta mesma ligação, o zinco pode bloquear os biocatalisadores», explica o Dr. Jifu Duan, primeiro autor do presente estudo. «Também pode ligar-se de forma não específica a sítios necessários para a ligação de protões.»
Investigadores da Universidade Ruhr de Bochum analisaram como o zinco afeta a produção de hidrogénio pelas [FeFe]-hidrogenases — e fizeram uma descoberta interessante. «Embora tenhamos conseguido observar nas estruturas cristalinas que o zinco se liga a vários sítios das [FeFe]-hidrogenases, a interação num único local muito específico resultou na inibição», afirma Duan. Notavelmente, este ponto situa-se nas imediações da via de transporte de protões das hidrogenases, já conhecida anteriormente.
O zinco bloqueia um pêndulo transportador de protões
A equipa liderada por Duan e pelo professor Thomas Happe conseguiu demonstrar que a ligação do zinco e de outros iões metálicos bloqueia aminoácidos muito específicos, nomeadamente duas histidinas na superfície das [FeFe]-hidrogenases. As histidinas nas enzimas são conhecidas por se ligarem a protões, mas o seu papel nas hidrogenases [FeFe] ainda não tinha sido explorado. Quando os investigadores substituíram uma destas histidinas por outro aminoácido, o biocatalisador manteve-se altamente ativo, mas tornou-se insensível ao zinco. No entanto, quando substituíram a outra histidina, a hidrogenase [FeFe] só conseguiu produzir hidrogénio muito lentamente.
Recorrendo a vários métodos — cristalografia de proteínas, testes de produção de hidrogénio, eletroquímica e simulações moleculares —, a equipa conseguiu demonstrar que uma destas duas histidinas forma uma espécie de pêndulo. Quando oscila para a superfície da enzima, pode receber um protão da outra histidina; quando oscila para o interior da enzima, transfere o protão para uma via conhecida de transporte de protões. Este pêndulo tem também um ponto de apoio fixo, que é outro aminoácido que os investigadores só conseguiram identificar através de uma análise minuciosa das estruturas cristalinas.
Será que a evolução do pêndulo proteico conduziu a hidrogenases particularmente eficientes?
Hoje em dia, conhecemos muitos grupos diferentes de [FeFe]-hidrogenases — mas apenas as do Grupo A parecem atingir as taxas de produção particularmente elevadas que tornam estes biocatalisadores tão interessantes e também relevantes para aplicações biotecnológicas. «Procurámos o nosso pêndulo também noutros grupos de hidrogenases [FeFe], mas parece estar presente apenas no Grupo A», afirma Happe. «Acreditamos que as duas histidinas são responsáveis pela sua rápida captura de protões e, consequentemente, pelo seu elevado nível de atividade.»
Ao longo da evolução, isto poderá ter levado à especialização deste grupo de hidrogenases. Esta descoberta poderá ajudar-nos a compreender melhor os mecanismos moleculares de outras hidrogenases e, talvez, a desenvolver biocatalisadores mais adequados para processos industriais de base biológica. No entanto, os resultados são igualmente importantes para compreender o metabolismodo H₂ nos organismos vivos, que desempenha um papel importante em muitos ecossistemas.
Observação: Este artigo foi traduzido usando um sistema de computador sem intervenção humana. A LUMITOS oferece essas traduções automáticas para apresentar uma gama mais ampla de notícias atuais. Como este artigo foi traduzido com tradução automática, é possível que contenha erros de vocabulário, sintaxe ou gramática. O artigo original em Inglês pode ser encontrado aqui.
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