Новости химической науки > железо-серный комплекс – искусственная гидрогеназа

Долгожданный синтез железо-серного неорганического комплекса, очень близкого по строению к каталитическому центру фермента гидрогеназы, говорит о том, что сходные каталитические системы могут стать реальной заменой дорогим платиновым катализаторам в водородных топливных ячейках.

Гидрогеназы - это ферменты, позволяющие бактериям поглощать и перерабатывать водород, используя его как окислитель или восстановитель в ходе метаболизма. Полученный комплекс катализирует ту же реакцию, хоть и менее эффективно. Он был получен профессором Кристофером Дж. Пикеттом (Центр Джона Иннеса, Норвич, Великобритания) и его коллегами из Тихоокеанской Национальной Северозападной Академии, а также из Университета Милана-Бикочча, в Италии [Nature, 433, 610 (2005)].

Структура полученного соединения.

Fe = зелёный, S = жёлтый, C = серый, N = синий, O = красный.

Эта цель была «давно поставлена перед химиками-неорганиками», пишет профессор Марчетта Даренсборо из Техасского Университета в комментарии к статье в Naturе. Полученное соединение «символизирует переход к новому поколению катализаторов, имеющих природные аналоги.»

«Это очень значительная работа», комментирует другой профессор, биохимик Джон У. Петерс, из Университета Монтаны. «Такой тип несимметричного мостиково-связанного кластера -- действительно очень сложная цель в синтезе. Получение соединения, столь близкого по строению к активному центру фермента, будет бесценным при моделировании многих процессов, проходящих в энзиме.

Новая молекула «одновременно и серьёзный вызов синтетикам, и очень красивая химия» - добавляет кристаллограф Хуан Карлос Фонтечилла-Камп из Института Структурной Биологии (Гренобль, Франция).

В молекуле гидрогеназы активный центр состит из двух компонентов – фрагмента Fe-Fe и большего кластера 4Fe4S – связанных атомом серы, принадлежащим одному из цистеиновых остатков фермента. Синтез включил в себя получение этих двух компонентом и их связывание, что оказалось очень непростой задачей. «Химики никогда не сталкивались до этого с задачей построения из двух частей такой близкой по строению к природному веществу молекулы», - сообщила Даренсборо журналу Chemical & Engineering News.

Пикетт и сотрудники получили вещество с такой же конфигурацией, как и у природного соединения, активируя фрагмент Fe-Fe тиоацетильной группой и защищая 4Fe4S кластер большим чашеподобным лигандом. Этот лиганд оставлял доступ только к одному из атомов железа к кластере, приводя к образованию нужного соединения. Исследователи показали, что синтетический кластер катализирует восстановление Н⁺ в Н₂ - на данный момент с низкой эффективностью, - но, тем не менее, учёные планируют, что её удастся повысить.

«В дополнение к расширению наших знаний о механизме работы природной биосистемы, доступность активного и дешёвого аналога гидрогеназы будет способствовать развитию практически важных материалов на их основе, пригодных, в частности, для создания водородных топливных ячеек», - пишут исследователи. «На сегодняшний день для таких целей используются, в основном, платиновые катализаторы, которые дороги, обладают ограниченной доступностью и недолговечны». Отчёты Департамента Энергетики США и Департамента Транспорта Великобритании по топливным элементам и расходованию водорода за 2003 год говорят о необходимости перехода с платиновых катализаторов на другие аналоги или уменьшении их использования в водородных топливных системах.

источник: Chemical & Engineering News