Гидрогеназы водорода

Рис. 14.5. Рециркуляция газообразного водорода - побочного продукта фиксации азота. Нитрогеназа катализирует образование водорода, используя энергию гидролиза АТР, а гидрогеназа катализирует его утилизацию.

Известно, что хлоропласты (например, из шпината) в присутствии искусственного донора электронов и бактериального экстракта, содержащего фермент гидрогеназу, способны продуцировать водород [c.26]

Активированный гидрогеназой водород, вероятно, передается системе акцептора водорода, например пиридиннуклеотидам. [c.259]

Изучение катодной поляризация стали в бактериальной среде, восстанавливающей сульфаты, показало, что могут существовать два механизма деполяризации. В дополнение к использованию поляризационного водорода бактериальной системой гидрогеназы имеется доказательство деполяризации катода твердым сульфидом железа. По данным некоторых исследований, сульфидный механизм является основным в бактериальной коррозии стали. [c.26]

Если источником энергии является окисление молекулярного водорода, эти же бактерии для роста требуют низкой концентрации О2. Последнее связывают с инактивацией молекулярным кислородом гидрогеназы — фермента, катализирующего использование Н2. [c.128]

Водородные бактерии могут окислять и органические соединения. Метаболизм у них носит довольно упрощенный характер. Электроны проходят по цепи переносчиков, генерируя три молекулы АТР. Ключевым ферментом служит связанная с мембраной гидрогеназа, поставляющая электроны для цепи переносчиков. Отдельная растворимая гидрогеназа (иногда называемая водород-дегидрогеназой) передает электроны NADP+ с образованием NADPH, который далее используется в восстановительном пентозофосфатном цикле и в других процессах биосинтеза [110]. [c.426]

Гидрогеназа получает электроны от ферредоксина. В качестве доноров электронов используются различные органические соединения. Процесс сопровождается облучением видимым светом. Эта форма получения энергии имеет ряд достоинств избыток субстрата фотолиза (воды) нелимитированный источник энергии (солнечный свет) не загрязняющий атмосферу водород. Водород обладает более высокой теплотворной способностью по сравнению с углеводородами, кроме того, процесс получения водорода — возобновляемый процесс, зависящий в основном от стабильности вьщеленных хлоропластов. Водород можно получать в присутствии искусственного донора ё" (вместо воды) и поглощающих свет пиг- [c.26]

Тиоловые группы восстановленного кофермента реагируют с метил-корриноидом с образованием метилированного кофермента М, при восстановлении которого водородом, требующем участия АТР и Mg +, высвобождается метан [188]. Природным восстановителем может быть либо Нг в сочетании с гидрогеназой (гл. 10, разд. Е,1), либо пируват при посредстве восстановленного ферредоксина, образующегося под действием пируват ферредоксин — оксидоредуктазы (разд. К,3). [c.298]

Наиболее сложная проблема биоэлектрокатализа — реализация эффективного переноса электронов между активным центром фермента и электродом. Известно несколько путей, позволяющих осуществить эффективное заселение активных центров ферментов электронами (или электронными вакансиями). Первый путь предполагает использование низкомолекулярных диффузионно-подвижных переносчиков электрона (медиаторов), способных акцептировать электроны с электрода и отдавать их активному центру фермента. Этот механизм используется в большом числе ферментативных электродных систем, в частности, в реакциях с участием гидрогеназ — биологических катализаторов активации молекулярного водорода. (В системе гидрогеназа — метилвиологен — угольный электрод удается электрохимически окислять водород без перенапряжения в условиях, близких к равновесным.) Второй путь предполагает непосредственное электрохимическое окисление — восстановление активных центров ферментов, прямой перенос электронов (вакансий) с активного центра фермента на электрод (или обратно). Механизм прямого переноса электронов по пути электрод — активный центр фермента уже реализован в реакции электрохимического восстановления кислорода до воды с участием медьсодержащей оксидазы, в реакции электровосстановления водорода с помощью гидрогеназы. [c.69]

Гидрогеназы — одна из групп РеЗ-содержащих ферментов, катализирующих реакции поглощения и выделения молекулярного водорода, обнаружены у разных фупп эубактерий облигатных анаэробов и аэробов, факультативных форм, у хемо- и фототрофных организмов. Различаются строением молекулы, природой доноров и акцепторов электронов, с которыми взаимодействуют, локализацией в клетке, выполняемыми функциями. Но все гидрогеназы катализируют реакцию Нз 2Н + 1е. [c.237]

Углеродные материалы с иммобилизованным ферментом гидрогеназа были использованы [216] для ускорения процесса электроокисления водорода. В качестве медиатора — переносчика электронов с активного центра гидрогеназы на электрод был использован метилвиологен. Редокс-потенциал системы МВ +/ УМВ+ составляет -Ь 0,011 В, т. е. весьма близок к равновесному потенциалу водородного электрода. Суммарным результатом совокупности реакций (Е — фермент) [c.210]

Гидрогеназа ускоряет процесс установления равновесия в системе метилвиологен — водород [c.77]

В работах [48, 58] продемонстрирована принципиальная возможность создания пористых газодиффузионных ферментативных электродов. Как известно, угольные электроды инертны в электрохимической реакции окисления водорода. Процесс ионизации водорода на угольных электродах протекает с большим перенапряжением. Исследование системы водород — гидрогеназа— медиатор — угольный электрод показало, что в этой системе удается осуществить окисление молекулярного водорода в условиях, близких к равновесным. [c.78]

Бактериальные ферменты (гидрогеназы), способствующие гидрированию, катализируют реакции восстановления сульфатов молекулярным водородом. [c.217]

Как показали исследования, для фотосинтетического выделения водорода могут быть использованы не только клетки водорослей, но и изолированные хлоропласты, освещение которых в присутствии гидрогеназы, выделенной из бактерий, также ведет к получению молекулярного водорода [57, 959]. В Японии уже начал функционировать опытный завод по трансформации [c.342]

Другое направление заключается в отходе от живой системы. В этом случае хлоропласты изолируются от зеленых листьев растений и стабилизируются совместно с гидрогеназой (например, на твердом субстрате), так что активность может поддерживаться в течение долгого времени вне биоэлемента. Гидрогеназа, энзим, который определяет выделение газообразного водорода, хотя и присутствует во многих водорослях, но может быть и прямо привязан к фотосинтетической аппаратуре, так как вне биоэлемента ферменты гидрогеназы сильно ингибированы кислородом, и напротив, фотосинтетический процесс, ответственный за выделение кислорода, выключается при восстановительных условиях. [c.345]

Активацию водорода бактериями следует, по-видимому, отнести к гомогенному катализу, поскольку ответственными за активацию являются, вероятно, отдельные молекулы энзима. Относительно природы этого энзима пока не существует единого мнения, хотя исследования торможения [39] указывают на то, что гидрогеназа является железопорфириновым энзимом. Наилучшие результаты в отношении выяснения. механизма действия энзимов могут быть, по-видимому, достигнуты при иоследовании бескле-точных вытяжек бактерий. Эта область в настоящее время усиленно изучается [40—44]. [c.214]

Бенеман и др. использовали систему, содержащую хлоропласты, ферредоксин и гидрогеназу, для фотосинтетического получения Нг [131], отметив при этом, что такой процесс может стать прототипом метода улавливания солнечной энергии. В другой фотохимической системе для синтеза водорода были использованы азотфиксирующие гетероцисты и фотосинтезирующие вегетативные клетки сине-зеленых водорослей АпаЬаепа суИпйгка [132]. В этом случае образование водорода обеспечивает нитрогеназная система [уравнение (14-5)]. [c.61]

Обратите внимание, что в обоих уравнениях (9-33) и (9-34) существенную роль играет обратимое восстановление NADH водородом. У бактерии рода lostridium эта реакция осуществляется ферредоксинзави-симой гидрогеназой (гл. 10, разд. Е, 1,а). [c.354]

Азотфиксирующий фермент нитрогеназа, используя энергию гидролиза АТР, катализирует образование газообразного водорода (Hj). Некоторые штаммы Rhizobium синтезируют фермент гидрогеназу. Он катализирует превращение in vivo Hj в Н" , что увеличивает эффек- [c.327]

В связи с этим особо важное значение приобретает превращение ацетил-КоА, ведущее к синтезу ацетата, поскольку именно с этим путем связано дополнительное получение клостридиями энергии в процессе маслянокислого брожения. Процесс включает несколько ферментативных реакций (см. рис. 57). Сначала имеет место окислительное декарбоксилирование пировиноградной кислоты, катализируемое пируват ферредоксин-оксидоредукта-зой. Далее с помощью гидрогеназы происходит выделение молекулярного водорода с восстановленного ферредоксина. [c.236]

Основная функция гидрогеназ клостридиев (и других облигатных анаэробов) заключается в избавлении от избытка образующихся в катаболических реакциях восстановительных эквивалентов (электронов), которые переносятся на Н" и удаляются из клетки в виде молекулярного водорода. [c.237]

Предполагается [81] следующая общая схема механизма фотосинтети ческого выделения водорода. Солнечный свет поглощается светочувствительным пигментом, например белком хлорофилла. При помощи активных центров белка эта энергия сообщается электронам, источником которых мол<ет служить некоторое донорное вещество. Затем электроны через промежуточное соединение ферроксин доставляются к ионам водорода Н+, восстановление которых до молекулярного состояния происходит под действием катализатора биологической природы по реакции 2Н+ + 2е —>- Нг. По современным представлениям таким катализатором является фермент гидрогеназа или нитрогеназа. [c.343]

В то время как поглощение Н3 происходит только с участием гидрогеназ, выделение молекулярного водорода у эубактерий, способных к фиксации N3, наряду с гидрогеназой может катализироваться и нитрогена-зой. Согласно одной из точек зрения, гидрогеназы возникли в результате усложнения структуры ферредоксинов. [c.237]

Помимо N2 нитрогеназа может восстанавливать ряд других субстратов, таких как N2O, С2Н2 и его аналоги, NJ, N . В отсутствие N2 нитрогеназа катализирует вьщеление молекулярного водорода в реакции, протекающей с затратой АТФ. Это дает основание предполагать, что нитрогеназа является результатом дальнейшего усложнения молекулы гидрогеназы, приобретшей способность катализировать не только восстановление протонов, ведущее к выделению Н2, но и ряд других субстратов, в том числе и N3. [c.250]

Повышение энергетического потенциала клетки. Нитрогеназный комплекс наряду с азотфиксацией катализирует восстановление протонов до молекулярного водорода. Этот процесс энергозависимый и требует расхода АТФ, достигающего более 30% энергии, используемой для азотфиксации. Фермент гидрогеназа способствует утилизации водорода, направляя поток энергии на процесс азотфиксации. Таким образом, экспрессия гена этого фермента создает благоприятные условия для эффективного усвоения азота. [c.398]

В работе [3] были продолжены исследования в области биоэлектрокатализа в условиях непосредственного обмена электронами с активным центром фермента. Фермент гидрогеназа из серобактерии ТЫосарза го5еорегз1сша был иммобилизован на электроде из сажи. На таком электроде в нейтральном буферном растворе устанавливается обратимый водородный потенциал. В области потенциалов, близких к равновесному значению, могут быть осуществлены реакции электрохимического окисления и выделения водорода. [c.250]

Медиаторный механизм транспорта электрона достаточно широко используется для проведения электрохимических ферментативных реакций. В работе 45] описан электрохимический процесс с участием лактатдегидрогеназы, флавинмононуклео-тида и феназинметасульфата в качестве медиаторов в работе i[12] проанализирована электрохимическая ионизация водорода на угольных электродах, катализируемая гидрогеназой в работе 47] исследованы эффекты ускорения ионизации кислорода в системе пероксидаза — ионы металла — гидрохинон — пи-рографитовый электрод. [c.76]

Водородные электроды послужили модельными системами для создания современной теоретической электрохимии. Они достаточно интересны как в теоретическом, так и в прикладном плане и в настоящее время. В качестве катализатора для водородных электродов в большинстве случаев используют металлическую платину или другие металлы VIII группы. Рассмотрим систему, в которой катализатором ионизации и образования водорода является гидрогеназа — белковый катализатор активации водорода. Процесс протекает по медиаторному механизму переноса. [c.77]

Экспериментально было обнаружено, что предельные анодные токи в системе водород — гидрогеназа — метилвиологен зависят от концентрации фермента в растворе. В работе [12] зависимость предельных токов анодного окисления водорода от концентрации фермента была объяснена тем, что наблюдается неспецифическое окисление метилвиологепа примесями окислителей, приводящее к образованию стационарного состояния по восстановленной форме медиатора. [c.78]

Рассмотрим эффект электронной губки на примере гидрогеназы, иммобилизованной на термически обработанном по-лиакрилонитриле. В электрохимической ячейке суспензию полупроводника с иммобилизованным ферментом поляризовали с помощью дополнительного электрода. После снятия поляризующего потенциала наблюдали образование молекулярного водорода, протекающее с участием активного центра гидрогеназы. Процесс можно остановить введением в систему ингибитора фермента. [c.84]

Процессы получения водорода при помощи микроорганизмов интенсивно изучаются, предлагаются различные механизмы этого сложного превращения. Рассмотрим один из механизмов этого превращения для так называемой клостридиальной микробиологической системы. Процесс катализируется оксиредуктазой ферредоксина соли пировиноградной кислоты, фосфотранс-ацетилазой и гидрогеназой. Соль пировиноградной кислоты вначале соединяется с коферментным тиаминпирофосфатом (ТПФ) и затем декарбокси-лируется. В результате этого получается промежуточный продукт гидрокси-этил-ТПФ, который окисляется до ацетил-ТПФ. Это окисление происходит совместно с восстановлением ферредоксина кофермента, который повторно окисляется гидрогеназой с получением водорода. [c.344]

Можно представить модельную систему производства водорода, в которой фотосинтез остановлен на стадии разложения воды [528]. Водород при этом выводится из продукта растительного происхождения или водоросли до того, как он будет израсходован на восстановление диоксида углерода. Для такой модельной системы из клеток растений в чистом виде выделяются хлоропласты — оргапеллы, в которых протекает фотосинтез. Предполагается, что в таких модельных системах можно достигнуть КПД на уровне 10 %, пока же такая система может работать с КПД примерно 1 % Источником гидрогеназы являются, например, клетки сине-зеленых водорослей или ряда [c.344]

На модельной системе [530] был исследован процесс получения водорода из воды с использованием природных и синтетических катализаторов и солнечной радиации в качестве источника энергии. Солнечный свет поглощается мембраной из хлоропласта в качестве катализатора процесс переноса электронов использовали ферредоксин, флаводоксин, цитохром, красители на основе виологена, синтетические кластеры, содержащие Ре — Мо — 5-центры, а в качестве активатора протонов — гидрогеиазу или РЮг. Основная модельная система состояла из мембраны — буферной суспензии изолированного хлоропласта, энзима гидрогеназы и носителя электронов. При освещении такой системы выделяется водород. Скорость и продолжительность выделения водорода зависит от природы хлоропласта и гидрогеназы, содержания кислорода в системе, природы переносчика электронов [530]. [c.345]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология