Sản xuất khí hydro từ enzyme

04/01/2018 14:46 Số lượt xem: 47

Các nhà nghiên cứu tại Trường Đại học Freie Berlin và Đại học Ruhr Bochum đã khám phá ra một nguyên tắc phản ứng quan trọng của các enzyme sản sinh hydro. Nhóm các nhà khoa học đã nghiên cứu việc sản xuất hydro phân tử trong tảo xanh đơn bào. Họ đã có thể chứng minh các enzyme chuyển hai điện tử liên tiếp đến hai ion hydro như thế nào và từ đó xác định các trạng thái trung gian ổn định.

Trường Đại học Freie Berlin

Khí hydro được coi là nguồn năng lượng của tương lai. Do đó, nếu có thể làm sáng tỏ cơ chế sản xuất sinh học sẽ có rất nhiều lợi ích công nghiệp. Phát hiện mới được công bố trên số mới nhất của tạp chí Angewandte Chemie.

Trong môi trường sống, có nhiều phản ứng hoá học diễn ra rất chậm. Việc sử dụng enzyme sẽ làm tăng khả năng hoặc tốc độ phản ứng (xúc tác). Thường thì việc cung cấp và loại bỏ các điện tử cũng đóng một vai trò quan trọng - được gọi là làm giảm và oxy hóa. Các enzym đặc biệt, enzyme xúc tác bổ sung hydro (hydrogenase), đẩy nhanh quá trình chuyển đổi các ion hydro (proton) thành khí hydro với hiệu quả cao. Chúng hấp thụ các electron dư thừa được tạo ra trong suốt quá trình quang hợp và giải phóng khí hydro như một sản phẩm phụ.

Quá trình này có thể được mô tả làm giảm hai proton với hai điện tử, theo đó phản ứng xảy ra trong vài bước.

Sau khi nhận được một điện tử đầu tiên, một enzyme thường ít có khả năng chấp nhận thêm điện tử thứ hai. Mặc dù vậy, hai điện tử có thể được chuyển thành hai proton. Các nhà nghiên cứu đã xem xét cách thức chuyển đổi trên sử dụng các enzyme hydrogenase tổng hợp, quang phổ hồng ngoại cao, và các phương pháp điện hóa,. Họ chứng minh rằng việc thu nhận một điện tử tại trung tâm chất xúc tác của enzyme kết hợp với sự ràng buộc của một proton. Điện tích dương của proton bù cho điện tích âm của điện tử.

Nghiên cứu việc sản xuất hydro phân tử

Trong hóa học, quá trình này được gọi là chuyển electron liên kết proton (PCET). Do đó, điện tử thứ hai có thể được chuyển đổi với xác suất tương đương như điện tử đầu tiên.

Theo các tác giả, phát hiện này có ý nghĩa rất quan trọng trong việc tìm hiểu cơ chế xúc tác của hydrogenase và để thiết kế các phức hợp tổng hợp để sản xuất khí hydro. Ngoài ra, các nhà khoa học cho rằng quá trình PCET có thể giải thích sự hấp thu của nhiều electron trong các enzyme khác do nhiều đại phân tử có chứa trung tâm xúc tác nguyên tử sắt và lưu huỳnh, tương tự như các hydrogenase./.

Nguồn: NASATI