RSS-Feed abonnieren

Passwort vergessen?

v Anmelden

2. Feb 2019

HydrogeNasen

Verfasst von

Hallo Leute, heute gibt es einen Beitrag aus der Arbeitsgruppe von Prof. Sawers aus der Mikrobiologie. Diese Arbeitsgruppe forscht an Hydrogenasen. Dabei handelt es sich um Enzyme, welche die reversible Oxidation des molekularen Wasserstoffs katalysieren können. Dieses Enzym findet sich bei vielen Prokaryoten aber auch bei einigen Eukaryoten (u.a. Algen). Wie das ganze im Detail aussieht könnt ihr dem nachfolgenden Artikel entnehmen. Hiermit möchten wir uns auch bei Constanze Pinske, für diesen tollen Beitrag,  bedanken. Und allen anderen wünschen wir viel Spaß beim lesen.

HydrogeNasen

Die Bereitstellung von Energie ist ein essentieller Teil des Lebens aller Lebensformen. Obwohl das Verständnis dieser Prozesse in der Vorlesung, insbesondere in der Mikrobiologie und Biochemie Vorlesungen, kompliziert anmutet, ist das Grundprinzip recht simpel. Während der Energiekonservierung wird eine energiereiche Verbindung oxidiert und diese Elektronen auf einen internen (= Gärung) oder externen (= Atmung) Elektronenakzeptor übertragen. Im besten Fall werden dabei noch Protonen über eine Membran gepumpt, so dass ATP synthetisiert werden kann. Am Beispiel von Wasserstoff (H2) können Mikroorganismen die Elektronen nutzen, um z.B. Sauerstoff, Fumarat oder sogar CO2 zu reduzieren. Für einen effizienten Elektronentransport sind dabei Metalle, insbesondere Eisen-Schwefel Cluster, in allen beteiligten Enzymkomplexen involviert.

Unsere junge, dynamische Arbeitsgruppe fokussiert in diesem Prozess auf die Enzyme, die in der Lage sind reversibel Protonen und Elektronen in molekularen Wasserstoff umzuwandeln – Hydrogenasen. Verschiedene Sorten von Mikroorganismen haben dafür verschiedene aktive Zentren evolviert, die entweder nur Eisen oder gleichzeitig Nickel und Eisen in einem elaboraten Kofaktor enthalten. Unser Modellorganismus ist Escherichia coli, der in der Lage ist drei unterschiedliche Hydrogenasen des [NiFe]-typs zu synthetisieren.

Dabei kommen die Biologie und Biochemie Studenten der MLU bereits während des Grundpraktikums Mikrobiologie beim Versuch der Charakterisierung von E. coli und coliformen Mikroorganismen mit einer der drei Hydrogenasen in Kontakt, wenn sie die aus Wasserproben isolierten Organismen mit Glukose als Standkultur anziehen und dabei beobachten wie sich eine Gasblase ansammelt (Abbildung Durham-Röhrchen mit unterschiedl. großen Gasblasen). Bei diesem Gas handelt es sich um den vom Formiat Hydrogenlyase (FHL) Komplex gebildeten H2. Im Labor nutzen wir u.a. Gas-chromatographische und elektrochemische Methoden, um diese Reaktion quantitativ und Aktivitätsfärbungen, um die Reaktivität qualitativ auszuwerten.

Die H2-Bildung dient der Zelle in erster Linie dazu das während der gemischten Säuregärung gebildete toxische Formiat weiter zu verstoffwechseln. Aber nur ein Teil des gebildeten H2 wird dabei freigesetzt, denn die Energie kann so lange genutzt werden wie externe oder interne Elektronenakzeptoren vorhanden sind. Denn zusätzlich nutzen die oxidierenden Hydrogenasen einen Teil des über die Membran diffundierten H2 zur Atmung. Interessanterweise ist der FHL-Komplex währenddessen an die Zellmembran gebunden, obwohl der Elektronenfluss lediglich durch die lösliche Domäne erfolgt (Abbildung zeigt in grau die Membranproteine). Eine Frage, die es deshalb immer noch zu beantworten gilt, ist die Beteiligung des FHL Komplexes an der Energiekonservierung der Zelle, der über die Kopplung mit den beiden anderen Hydrogenasen hinaus geht. Deshalb erforschen wir u.a. die Assemblierung der einzelnen Protein-Untereinheiten und deren Abhängigkeit vom vorherigen Einbau der Kofaktoren sowie die Involvierung von Proteinen unbekannter Funktion, die gemeinsam mit den Strukturproteinen kodiert sind. Mich fasziniert dabei immer wieder welchen Aufwand die Bakterien betreiben, um dieses kleine Molekül zu nutzen. Perspektivisch ist diese Forschung auch für uns Menschen anwendbar. Im kleinen Maßstab kann der bakterielle H2 bereits genutzt werden, um ein mit einer Brennstoffzelle ausgestattetes (Spiezeug-)auto fahren zu lassen (Foto: Maike Glöckner; Lange Nacht der Wissenschaften 2018). Vielleicht kann unsere Forschung dafür einen Beitrag leisten?

Meine Homepage beschreibt die einzelnen Projekte genauer und interessierte Studenten sind stets bei uns willkommen:

https://www.biologie.uni-halle.de/microbiology/sawers/dr._constanze_pinske/

Über fsrbio

Kommentieren


Letzte Kommentare

Schlagworte