Sciencemag.cz
Doporučujeme
Nitrogenázu využívají některé bakterie pro fixaci dusíku za pokojové teploty. Je to reakce velmi zajímavá, když si uvědomíme, jak je molekula dusíku jinak nereaktivní.
Pro přímou „anorganickou“ syntézu amoniaku z prvků potřebujeme vysoký tlak, teplotu a katalyzátory – i když existují i pokusy o jiné cesty (viz také: Výroba amoniaku syntézou při pokojové teplotě). Oxidy dusíku zase z obou prvků vznikají v atmosféře účinkem blesku, tedy rovněž v dost extrémních podmínkách.
Nicméně zpět k samotnému enzymu. Nitrogenáza některých bakterií umí navíc vyrábět také vodík. Molekulární dusík totiž enzym převádí na amoniak, tj. do redukované formy, stejně tak umí v nepřítomnosti dusíku ale redukovat i vodík – kationt H+ na neutrální molekulu. Nový výzkum ukázal, že nitrogenáza dokáže vodík produkovat dokonce hned dvěma způsoby.
Samotné aktivní místo enzymu představuje de facto hydrid železa. Vědci z Pacific Northwest National Laboratory, Utah State University, Northwestern University a University of Utah ukázali, že jde vlastně o reakci H+ + H-. Nitrogenázu umístili na elektrodu a pak sledovali, jak funguje kinetika reakce. Dále také zkoumali, kdy jaký vodík vstupuje do reakce pomocí různých izotopů (deuteria). Na kofaktoru (kofaktor/koenzym = neproteinová část enzymu, evolučně zřejmě velmi dávného původu) nitrogenázy se vodík nachází jak v hydridové vazbě se železem, tak i jako navázaný na síru (skupina SH). Nakonec se podařilo ukázat, že teoretický model a pozorování spolu souhlasí, tj. zase demonstrovat pokročilost současné „výpočetní/simulační chemie“.
Studie byla publikována v Journal of the American Chemical Society. Chápání detailního fungování enzymu by se mohlo využít při nových postupech průmyslové výroby vodíku i amoniaku.
Zdroj: Phys.org
Poznámky:
Co využití nitrogenázy přímo k výrobě vodíku? Zde je asi problém, že enzym vyžaduje anaerobní podmínky (to mu musí zajistit i bakteriální buňka, respektive její rostlinný symbiont), kyslíkem vznikajícím při rozkladu vody by se mohl otrávit (i když by kyslík vznikal na jiné elektrodě?). Nicméně by enzym asi mohl vytvářet vodík z jiných látek, sulfanu apod.
V kofaktoru nitrogenázy se kromě železa nachází také molybden. I když je ho v živých organismech málo, jedná se o klíčový biogenní prvek. Podle některých teorií dokonce právě nedostatek molybdenu brzdil až do počátku kambria celou biologickou evoluci.
