质子和电子的耦合转移是制氢的关键，氢化酶可以像昂贵的铂催化剂一样高效地转化氢。为了使生物技术能够应用在这个领域，研究人员正在详细研究它们是如何工作的。
波鸿大学（Ruhr-UniversitBochum）和牛津大学共同组建的一个团队发布在《美国国家科学院院刊（PNAS）》上最新报告指出，酶的质子和电子传递在空间上是分开的，但仍然是耦合的，这是高效率的决定性因素。该文章于2020年8月10日在线发表。
自然界最有效的氢气制造者
所谓的这一类[FeFe]-氢化酶，例如在绿藻中发现的，是自然界最有效的氢气制造者。它们可以产生和分解氢。实际的化学反应发生在酶深层的活性部位。“因此，反应所需的电子和质子必须找到一种有效的途径，”来自波鸿光生物技术研究组的Oliver Lampret博士解释道，他是这篇论文的作者之一。电子传输是通过一根电线进行的，可以说，它是由几个铁硫团簇组成的。质子通过由五个氨基酸和一个水分子组成的质子转移通道转运至活性中心。
光生物技术研究组的负责人Thomas Happe教授说：“尽管已经知道存在质子耦合的电子转移机制，但研究人员迄今认为耦合只发生在活性中心。”
蛋白质工程使耦合可见
研究小组对氢化酶进行了操作，使得质子转移的速度明显减慢，但氢仍然可以被转化。利用动态电化学，他们发现氢转化率显著下降，更重要的是，需要显著的过电位来催化氢的产生或裂解。通过控制质子转移途径，研究人员间接地降低了电子转移的速率。
Oliver Lampret总结道：“由于两个转移路径在空间上是分开的，我们假设这两个过程的远程协同耦合对于高效催化是必要的。”这一发现将有助于未来开发更高效的氢化酶催化剂。
