Científicos logran producir hidrógeno verde con enzimas artificiales más pequeñas y eficientes

Investigadores de la Universidad del Ruhr de Bochum han logrado un avance significativo en la producción de hidrógeno verde al crear un biocatalizador en miniatura que funciona eficientemente con electrones de la fotosíntesis. El equipo transfirió el centro catalítico de hierro de una enzima natural productora de hidrógeno a una ferredoxina, una pequeña biomolécula que actúa como transportador de electrones en todos los organismos vivos.

Las enzimas naturales conocidas como hidrogenasas son biocatalizadores altamente eficientes que producen hidrógeno, pero su uso industrial se ve limitado por varios factores. Con 600 aminoácidos, estas enzimas son muy grandes y complejas, además de ser extremadamente sensibles al oxígeno. También requieren electrones altamente energéticos que deben producirse de forma sostenible.

El equipo dirigido por el profesor Thomas Happe buscaba simplificar estos complejos biocatalizadores para facilitar su integración en procesos industriales. La clave del descubrimiento surgió al observar cómo en algunas microalgas las hidrogenasas se abastecen de electrones provenientes de la fotosíntesis a través de la proteína ferredoxina, que también contiene hierro y transfiere electrones directamente de la cadena fotosintética.

Vera Engelbrecht, una de las autoras principales del estudio, explica que se plantearon una pregunta aparentemente disparatada desde el punto de vista biológico sobre si podrían encontrar un atajo y permitir que la ferredoxina produjera hidrógeno directamente. Para su sorpresa, lograron identificar ferredoxinas capaces de producir hidrógeno en combinación con el cofactor de la hidrogenasa.

El proceso no fue sencillo, según describe Yiting She, el otro autor principal. Tuvieron que sortear las vías de síntesis biológica ya que solo ferredoxinas específicas podían colaborar con el cofactor. Descubrir estas combinaciones efectivas resultó ser un proceso difícil pero emocionante que finalmente dio frutos.

La alta actividad del biohíbrido resultante sorprendió a los investigadores. En colaboración con socios de la Universidad de Potsdam, caracterizaron la nueva ferredoxina hidrogenasa mediante espectroscopia y cálculos de mecánica cuántica. Los resultados sugieren que la proteína ferredoxina proporciona un entorno químicamente favorable para el catalizador de la hidrogenasa.

Para lograr esta funcionalidad, el cofactor natural de la ferredoxina debe reemplazarse con el cofactor de la hidrogenasa a través de complejas vías de síntesis. A pesar de esta modificación, la nueva proteína mantiene su capacidad de recibir electrones de los componentes de la fotosíntesis, lo que representa un logro técnico importante.

Este trabajo constituye un importante estudio de viabilidad para una pequeña metaloenzima artificial que imita las hidrogenasas naturales alimentadas por luz, pero con menos componentes y estructuras más pequeñas, abriendo nuevas posibilidades para la producción sostenible de hidrógeno verde a escala industrial.

Fuente: Advanced Science