हाइड्रोजनेज: Difference between revisions

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एक [[हाइड्रोजन]]ेज़ एक [[एंजाइम]] है जो आणविक हाइड्रोजन के उत्क्रमणीय [[ रिडॉक्स ]] (H<sub>2</sub>), जैसा कि नीचे दिया गया है:
एक हाइड्रोजनेज़ एक एंजाइम है जो आणविक हाइड्रोजन (H<sub>2</sub>) के प्रतिवर्ती ऑक्सीकरण को उत्प्रेरित करता है, जैसा कि नीचे दर्शाया गया है::


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हाइड्रोजन तेज ({{EquationNote|1}}) [[ऑक्सीजन]], [[नाइट्रेट]], [[सल्फेट]], [[कार्बन डाईऑक्साइड]] जैसे [[इलेक्ट्रॉन स्वीकर्ता]] की कमी से जुड़ा है ({{CO2}}), और फ्यूमरेट। दूसरी ओर, प्रोटॉन कमी ({{EquationNote|2}}) [[फेरेडॉक्सिन]] (एफएनआर) जैसे इलेक्ट्रॉन दाताओं के ऑक्सीकरण के लिए युग्मित है, और कोशिकाओं में अतिरिक्त इलेक्ट्रॉनों को निपटाने के लिए कार्य करता है ([[पाइरूवेट]] किण्वन में आवश्यक)। दोनों कम आणविक भार यौगिक और प्रोटीन जैसे एफएनआर, [[साइटोक्रोम]] सी<sub>3</sub>, और साइटोक्रोम सी<sub>6</sub> हाइड्रोजन गैसों के लिए शारीरिक इलेक्ट्रॉन दाताओं या स्वीकर्ता के रूप में कार्य कर सकते हैं।<ref>{{cite journal |author1 =Vignais, P.M. |author2 =Billoud, B. |author3 =Meyer, J. | title=हाइड्रोजन गैसों का वर्गीकरण और फाइलोजेनी| journal=FEMS Microbiol. Rev. | year=2001 | volume=25 | pages=455–501 | pmid=11524134 | issue=4 | doi=10.1111/j.1574-6976.2001.tb00587.x| doi-access=free }}</ref>
हाइड्रोजन अंतर्ग्रहण (1) ऑक्सीजन, नाइट्रेट, सल्फेट, कार्बन डाइऑक्साइड (CO<sub>2</sub>), और फ्यूमरेट जैसे इलेक्ट्रॉन स्वीकर्ता की कमी के साथ जुड़ा हुआ है। दूसरी ओर, प्रोटॉन अपचयन (2) इलेक्ट्रॉन दाताओं जैसे फेरेडॉक्सिन (FNR) के ऑक्सीकरण के साथ युग्मित है, और कोशिकाओं में अतिरिक्त इलेक्ट्रॉनों (पाइरूवेट किण्वन में आवश्यक) को प्रवृत्त करने के लिए कार्य करता है। FNRs, साइटोक्रोम c<sub>3,</sub> और साइटोक्रोम c<sub>6</sub> जैसे निम्न-आणविक भार यौगिक और प्रोटीन दोनों हाइड्रोज के लिए शारीरिक इलेक्ट्रॉन दाताओं या स्वीकर्ता के रूप में कार्य कर सकते हैं।<ref>{{cite journal |author1 =Vignais, P.M. |author2 =Billoud, B. |author3 =Meyer, J. | title=हाइड्रोजन गैसों का वर्गीकरण और फाइलोजेनी| journal=FEMS Microbiol. Rev. | year=2001 | volume=25 | pages=455–501 | pmid=11524134 | issue=4 | doi=10.1111/j.1574-6976.2001.tb00587.x| doi-access=free }}</ref>
 
=== संरचनात्मक वर्गीकरण ===
 
यह अनुमान लगाया गया है कि सभी जीवों में से 99% हाइड्रोजन, H<sub>2</sub> का उपयोग करते हैं। इन प्रजातियों में से अधिकांश सूक्ष्म जीव हैं और H<sub>2</sub> को चयापचयज के रूप में उपयोग करने की उनकी क्षमता हाइड्रोजनीज़ के रूप में जाने वाले धातुएन्ज़ाइम की अभिव्यक्ति से उत्पन्न होती है।<ref>
== संरचनात्मक वर्गीकरण ==
यह अनुमान लगाया गया है कि सभी जीवों में से 99% हाइड्रोजन, एच का उपयोग करते हैं<sub>2</sub>. इन प्रजातियों में से अधिकांश सूक्ष्म जीव हैं और एच का उपयोग करने की उनकी क्षमता है<sub>2</sub> एक मेटाबोलाइट के रूप में हाइड्रोजेनिस के रूप में जाने वाले [[मेटलोएंजाइम]] की अभिव्यक्ति से उत्पन्न होता है।<ref>
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</ref> सक्रिय स्थिति धातु सामग्री के आधार पर हाइड्रोजनीज़ को तीन अलग-अलग प्रकारों में उप-वर्गीकृत किया जाता है: आयरन-आयरन हाइड्रोजनेज़, निकल-आयरन हाइड्रोजनेज़ और आयरन हाइड्रोजनेज़।
  [[File:ActiveSitesCorrected.png|thumb|center|x160px|तीन प्रकार के हाइड्रोजनेज एंजाइमों के सक्रिय स्थलों की संरचना।]]हाइड्रोजन गैस उत्प्रेरित करती है, कभी-कभी उत्क्रमणीय रूप से, H<sub>2</sub> तेज। [FeFe] और [NiFe] हाइड्रोजन गैस वास्तविक रेडॉक्स उत्प्रेरक हैं, जो H को प्रेरित करते हैं<sub>2</sub> ऑक्सीकरण और प्रोटॉन (एच<sup>+</sup>) कमी (समीकरण {{EquationNote|3}}), [Fe] हाइड्रोजन गैसें H के उत्क्रमणीय हेटरोलिटिक विदलन को उत्प्रेरित करती हैं<sub>2</sub> प्रतिक्रिया द्वारा दिखाया गया ({{EquationNote|4}}).
  [[File:ActiveSitesCorrected.png|thumb|center|x160px|तीन प्रकार के हाइड्रोजनेज एंजाइमों के सक्रिय स्थलों की संरचना।]]हाइड्रोजन गैस उत्प्रेरित करती है, कभी-कभी उत्क्रमणीय रूप से, H<sub>2</sub> उद्ग्रहण। [FeFe] और [NiFe] हाइड्रोजन गैस वास्तविक रेडॉक्स उत्प्रेरक हैं, जो H<sub>2</sub> ऑक्सीकरण और प्रोटॉन (H) कमी (समीकरण 3) को प्रेरित करते हैं, [Fe] हाइड्रोजन गैस अभिक्रिया (4) द्वारा दर्शाये गए H<sub>2</sub> के उत्क्रमणीय विज़ातीयलयन विदलन को उत्प्रेरित करती है.
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हालांकि मूल रूप से धातु-मुक्त माना जाता है, [Fe]-केवल हाइड्रोजन गैसों में सक्रिय स्थल पर Fe होता है और कोई लौह-सल्फर क्लस्टर नहीं होता है। [NiFe] और [FeFe] हाइड्रोजन गैसों की उनकी संरचनाओं में कुछ सामान्य विशेषताएं हैं: प्रत्येक एंजाइम की एक सक्रिय साइट होती है और कुछ Fe-S क्लस्टर होते हैं जो प्रोटीन में दबे होते हैं। सक्रिय स्थल, जिसके बारे में माना जाता है कि वह स्थान जहां कटैलिसीस होता है, भी एक धातु समूह है, और प्रत्येक लोहे को [[कार्बन मोनोआक्साइड]] (CO) और [[साइनाइड]] (CN) द्वारा समन्वित किया जाता है।<sup>−</sup>) लिगेंड्स।<ref>{{cite journal |author1 =Fontecilla-Camps, J.C. |author2 =Volbeda, A. |author3 =Cavazza, C. |author4 =Nicolet Y. | title=Structure/function relationships of [NiFe]- and [FeFe]-hydrogenases | journal=Chem Rev | year=2007 | volume=107 | pages=4273–4303 | doi=10.1021/cr050195z | pmid=17850165 | issue=10}}</ref>
यद्यपि मूल रूप से यह "धातु-मुक्त" माना जाता है, [Fe]-केवल हाइड्रोजन गैसों में Fe सक्रिय स्थल पर होता है और कोई लौह-सल्फर झुण्ड नहीं होता है। [NiFe] और [FeFe] हाइड्रोजन गैसों की उनकी संरचनाओं में कुछ सामान्य विशेषताएं हैं: प्रत्येक एंजाइम की एक सक्रिय स्थिति होती है और कुछ Fe-S समूह होते हैं जो प्रोटीन में दबे होते हैं। सक्रिय स्थल, जिसके बारे में यह माना जाता है कि वह स्थान है जहाँ  उत्प्रेरण होता है, एक धातु समूह भी है, और प्रत्येक लोहे को कार्बन मोनोऑक्साइड (CO) और साइनाइड (CN-) लिगेंड द्वारा समन्वित किया जाता है।<ref>{{cite journal |author1 =Fontecilla-Camps, J.C. |author2 =Volbeda, A. |author3 =Cavazza, C. |author4 =Nicolet Y. | title=Structure/function relationships of [NiFe]- and [FeFe]-hydrogenases | journal=Chem Rev | year=2007 | volume=107 | pages=4273–4303 | doi=10.1021/cr050195z | pmid=17850165 | issue=10}}</ref>
 
 
=== [NiFe] हाइड्रोजनेज़ ===
=== [NiFe] हाइड्रोजनेज़ ===
[[File:NiFe Hydrogenase.png|thumb|left|[NiFe] हाइड्रोजनेज की क्रिस्टल संरचना]][NiFe] हाइड्रोजन गैस हेटेरोडिमेरिक प्रोटीन होते हैं जिनमें छोटे (S) और बड़े (L) सबयूनिट्स होते हैं। छोटी सबयूनिट में तीन [[लौह-सल्फर क्लस्टर]] होते हैं जबकि बड़ी सबयूनिट में सक्रिय साइट, एक निकल-लौह केंद्र होता है जो एक आणविक सुरंग द्वारा विलायक से जुड़ा होता है।<ref name="Jugder 8142">{{Cite journal|last1=Jugder|first1=Bat-Erdene|last2=Welch|first2=Jeffrey|last3=Aguey-Zinsou|first3=Kondo-Francois|last4=Marquis|first4=Christopher P.|date=2013-05-14|title=Fundamentals and electrochemical applications of [Ni–Fe]-uptake hydrogenases|journal=RSC Advances|language=en|volume=3|issue=22|page=8142|doi=10.1039/c3ra22668a|issn=2046-2069}}</ref><ref name="pmid19966788" />कुछ [NiFe] हाइड्रोजन गैसों में, नी-बाध्य सिस्टीन अवशेषों में से एक को [[सेलेनोसिस्टीन]] द्वारा प्रतिस्थापित किया जाता है। हालाँकि, अनुक्रम समानता के आधार पर, [NiFe] और [NiFeSe] हाइड्रोजन गैसों को एक एकल सुपरफैमिली माना जाना चाहिए।
[[File:NiFe Hydrogenase.png|thumb|left|[NiFe] हाइड्रोजनेज की क्रिस्टल संरचना]][NiFe] हाइड्रोजन गैस विषमलैंगिक प्रोटीन होते हैं जिनमें छोटे (S) और बड़े (L)सब यूनिटों होते हैं। छोटी सबयूनिट में आयरन-सल्फर के तीन समूह होते हैं जबकि बड़ी सबयूनिट में सक्रिय स्थिति होती है, एक निकेल-आयरन केंद्र जो एक आणविक सुरंग द्वारा विलायक से जुड़ा होता है।<ref name="Jugder 8142">{{Cite journal|last1=Jugder|first1=Bat-Erdene|last2=Welch|first2=Jeffrey|last3=Aguey-Zinsou|first3=Kondo-Francois|last4=Marquis|first4=Christopher P.|date=2013-05-14|title=Fundamentals and electrochemical applications of [Ni–Fe]-uptake hydrogenases|journal=RSC Advances|language=en|volume=3|issue=22|page=8142|doi=10.1039/c3ra22668a|issn=2046-2069}}</ref><ref name="pmid19966788" /> कुछ [NiFe] हाइड्रोजन गैसों में, नी-बाध्य सिस्टीन अवशेषों में से एक को सेलेनोसिस्टीन द्वारा प्रतिस्थापित किया जाता है। हालाँकि, अनुक्रम समानता के आधार पर, [NiFe] और [NiFeSe] हाइड्रोजन गैसों को एक एकल सुपरफैमिली माना जाना चाहिए।
आज तक, पेरिप्लास्मिक, साइटोप्लाज्मिक और साइटोप्लाज्मिक मेम्ब्रेन-बाउंड हाइड्रोजनेस पाए गए हैं। [NiFe] हाइड्रोजन गैसें, जब पृथक की जाती हैं, दोनों H को उत्प्रेरित करती हैं<sub>2</sub> इवोल्यूशन और अपटेक, लो-पोटेंशियल मल्टीहेम साइटोक्रोमेस जैसे कि साइटोक्रोम सी<sub>3</sub> उनके ऑक्सीकरण राज्य के आधार पर, इलेक्ट्रॉन दाताओं या स्वीकारकर्ताओं के रूप में कार्य करना।<ref name="Jugder 8142"/>सामान्यतया, हालाँकि, [NiFe] हाइड्रोजनीज़ H के ऑक्सीकरण में अधिक सक्रिय हैं<sub>2</sub>. एच। का एक विस्तृत स्पेक्ट्रम<sub>2</sub> एच में समानताएं भी देखी गई हैं<sub>2</sub>-ऑक्सीकरण हाइड्रोजनेस।<ref>{{cite journal | vauthors=Greening C, Berney M, Hards K, Cook GM, Conrad R | title=A soil actinobacterium scavenges atmospheric H<sub>2</sub> using two membrane-associated, oxygen-dependent hydrogenases | journal=Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. | year=2014 | volume=111 | doi=10.1073/pnas.1320586111 | pmid=24591586 | issue=11 | pages=4257–61| pmc=3964045 | bibcode=2014PNAS..111.4257G | doi-access=free }}</ref>
आज तक, पेरिप्लास्मिक, साइटोप्लाज्मिक और साइटोप्लाज्मिक मेम्ब्रेन-बाउंड हाइड्रोजनेस पाए गए हैं। [NiFe] हाइड्रोजन गैसें, जब पृथक की जाती हैं, दोनों H को उत्प्रेरित करती हैं<sub>2</sub> इवोल्यूशन और अपटेक, लो-पोटेंशियल मल्टीहेम साइटोक्रोमेस जैसे कि साइटोक्रोम सी<sub>3</sub> उनके ऑक्सीकरण राज्य के आधार पर, इलेक्ट्रॉन दाताओं या स्वीकारकर्ताओं के रूप में कार्य करना।<ref name="Jugder 8142"/>सामान्यतया, हालाँकि, [NiFe] हाइड्रोजनीज़ H के ऑक्सीकरण में अधिक सक्रिय हैं<sub>2</sub>. एच। का एक विस्तृत स्पेक्ट्रम<sub>2</sub> एच में समानताएं भी देखी गई हैं<sub>2</sub>-ऑक्सीकरण हाइड्रोजनेस।<ref>{{cite journal | vauthors=Greening C, Berney M, Hards K, Cook GM, Conrad R | title=A soil actinobacterium scavenges atmospheric H<sub>2</sub> using two membrane-associated, oxygen-dependent hydrogenases | journal=Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. | year=2014 | volume=111 | doi=10.1073/pnas.1320586111 | pmid=24591586 | issue=11 | pages=4257–61| pmc=3964045 | bibcode=2014PNAS..111.4257G | doi-access=free }}</ref>
[FeFe] हाइड्रोजन गैसों की तरह, [NiFe] हाइड्रोजन गैस को आमतौर पर आणविक ऑक्सीजन (O) द्वारा निष्क्रिय करने के लिए जाना जाता है।<sub>2</sub>). [[रालस्टोनिया यूट्रोफा]] से हाइड्रोजनेज, और कई अन्य तथाकथित नॉलगैस-बैक्टीरिया, ऑक्सीजन-सहिष्णु पाए गए।<ref name="Jugder 8142"/><ref name="Burgdorf">{{cite journal |author1 = Burgdorf, T. |author2 =Buhrke, T. |author3 =van der Linden, E. |author4 =Jones, A. |author5 =Albracht, S. |author6 =Friedrich, B.| title=[NiFe]-Hydrogenases of ''Ralstonia eutropha'' H16: Modular Enzymes for Oxygen-Tolerant Biological Hydrogen Oxidation |journal= J. Mol. Microbiol. Biotechnol. |volume=10 |issue =2–4 |pages=181–196|year=2005 |pmid= 16645314 |doi=10.1159/000091564|s2cid =8030367 }}</ref> Ralstonia eutropha H16 से घुलनशील [NiFe] हाइड्रोजनेज़ को [[परपोषी]] ग्रोथ मीडिया पर आसानी से उत्पादित किया जा सकता है।<ref name="Jugder 42">{{Cite journal|last1=Jugder|first1=Bat-Erdene|last2=Chen|first2=Zhiliang|last3=Ping|first3=Darren Tan Tek|last4=Lebhar|first4=Helene|last5=Welch|first5=Jeffrey|last6=Marquis|first6=Christopher P.|date=2015-03-25|title=An analysis of the changes in soluble hydrogenase and global gene expression in Cupriavidus necator ( Ralstonia eutropha ) H16 grown in heterotrophic diauxic batch culture|journal=Microbial Cell Factories|language=En|volume=14|issue=1|page=42|doi=10.1186/s12934-015-0226-4|issn=1475-2859|pmc=4377017|pmid=25880663}}</ref><रेफरी नाम = जुगडर 242–250 >{{Cite journal|last1=Jugder|first1=Bat-Erdene|last2=Lebhar|first2=Helene|last3=Aguey-Zinsou|first3=Kondo-Francois|last4=Marquis|first4=Christopher P.|date=2016-01-01|title=संभावित हाइड्रोजन ईंधन सेल अनुप्रयोगों के लिए राल्सटोनिया यूट्रोफा एच16 से घुलनशील हाइड्रोजनेज का उत्पादन और शुद्धिकरण|journal=MethodsX|volume=3|pages=242–250|doi=10.1016/j.mex.2016.03.005|pmc=4816682|pmid=27077052}</ref> इस खोज ने उम्मीद बढ़ा दी है कि जल विभाजन के माध्यम से आणविक हाइड्रोजन के प्रकाश संश्लेषक उत्पादन में हाइड्रोजन गैसों का उपयोग किया जा सकता है।
[FeFe] हाइड्रोजन गैसों की तरह, [NiFe] हाइड्रोजन गैस को आमतौर पर आणविक ऑक्सीजन (O) द्वारा निष्क्रिय करने के लिए जाना जाता है।<sub>2</sub>). [[रालस्टोनिया यूट्रोफा]] से हाइड्रोजनेज, और कई अन्य तथाकथित नॉलगैस-बैक्टीरिया, ऑक्सीजन-सहिष्णु पाए गए।<ref name="Jugder 8142"/><ref name="Burgdorf">{{cite journal |author1 = Burgdorf, T. |author2 =Buhrke, T. |author3 =van der Linden, E. |author4 =Jones, A. |author5 =Albracht, S. |author6 =Friedrich, B.| title=[NiFe]-Hydrogenases of ''Ralstonia eutropha'' H16: Modular Enzymes for Oxygen-Tolerant Biological Hydrogen Oxidation |journal= J. Mol. Microbiol. Biotechnol. |volume=10 |issue =2–4 |pages=181–196|year=2005 |pmid= 16645314 |doi=10.1159/000091564|s2cid =8030367 }}</ref> Ralstonia eutropha H16 से घुलनशील [NiFe] हाइड्रोजनेज़ को [[परपोषी]] ग्रोथ मीडिया पर आसानी से उत्पादित किया जा सकता है।<ref name="Jugder 42">{{Cite journal|last1=Jugder|first1=Bat-Erdene|last2=Chen|first2=Zhiliang|last3=Ping|first3=Darren Tan Tek|last4=Lebhar|first4=Helene|last5=Welch|first5=Jeffrey|last6=Marquis|first6=Christopher P.|date=2015-03-25|title=An analysis of the changes in soluble hydrogenase and global gene expression in Cupriavidus necator ( Ralstonia eutropha ) H16 grown in heterotrophic diauxic batch culture|journal=Microbial Cell Factories|language=En|volume=14|issue=1|page=42|doi=10.1186/s12934-015-0226-4|issn=1475-2859|pmc=4377017|pmid=25880663}}</ref><रेफरी नाम = जुगडर 242–250 >{{Cite journal|last1=Jugder|first1=Bat-Erdene|last2=Lebhar|first2=Helene|last3=Aguey-Zinsou|first3=Kondo-Francois|last4=Marquis|first4=Christopher P.|date=2016-01-01|title=संभावित हाइड्रोजन ईंधन सेल अनुप्रयोगों के लिए राल्सटोनिया यूट्रोफा एच16 से घुलनशील हाइड्रोजनेज का उत्पादन और शुद्धिकरण|journal=MethodsX|volume=3|pages=242–250|doi=10.1016/j.mex.2016.03.005|pmc=4816682|pmid=27077052}</ref> इस खोज ने उम्मीद बढ़ा दी है कि जल विभाजन के माध्यम से आणविक हाइड्रोजन के प्रकाश संश्लेषक उत्पादन में हाइड्रोजन गैसों का उपयोग किया जा सकता है।

Revision as of 15:36, 5 April 2023

एक हाइड्रोजनेज़ एक एंजाइम है जो आणविक हाइड्रोजन (H2) के प्रतिवर्ती ऑक्सीकरण को उत्प्रेरित करता है, जैसा कि नीचे दर्शाया गया है::

H2 + Aox → 2H+ + Ared

 

 

 

 

(1)

2H+ + Dred → H2 + Dox

 

 

 

 

(2)

हाइड्रोजन अंतर्ग्रहण (1) ऑक्सीजन, नाइट्रेट, सल्फेट, कार्बन डाइऑक्साइड (CO2), और फ्यूमरेट जैसे इलेक्ट्रॉन स्वीकर्ता की कमी के साथ जुड़ा हुआ है। दूसरी ओर, प्रोटॉन अपचयन (2) इलेक्ट्रॉन दाताओं जैसे फेरेडॉक्सिन (FNR) के ऑक्सीकरण के साथ युग्मित है, और कोशिकाओं में अतिरिक्त इलेक्ट्रॉनों (पाइरूवेट किण्वन में आवश्यक) को प्रवृत्त करने के लिए कार्य करता है। FNRs, साइटोक्रोम c3, और साइटोक्रोम c6 जैसे निम्न-आणविक भार यौगिक और प्रोटीन दोनों हाइड्रोज के लिए शारीरिक इलेक्ट्रॉन दाताओं या स्वीकर्ता के रूप में कार्य कर सकते हैं।[1]

संरचनात्मक वर्गीकरण

यह अनुमान लगाया गया है कि सभी जीवों में से 99% हाइड्रोजन, H2 का उपयोग करते हैं। इन प्रजातियों में से अधिकांश सूक्ष्म जीव हैं और H2 को चयापचयज के रूप में उपयोग करने की उनकी क्षमता हाइड्रोजनीज़ के रूप में जाने वाले धातुएन्ज़ाइम की अभिव्यक्ति से उत्पन्न होती है।[2] सक्रिय स्थिति धातु सामग्री के आधार पर हाइड्रोजनीज़ को तीन अलग-अलग प्रकारों में उप-वर्गीकृत किया जाता है: आयरन-आयरन हाइड्रोजनेज़, निकल-आयरन हाइड्रोजनेज़ और आयरन हाइड्रोजनेज़।

तीन प्रकार के हाइड्रोजनेज एंजाइमों के सक्रिय स्थलों की संरचना।

हाइड्रोजन गैस उत्प्रेरित करती है, कभी-कभी उत्क्रमणीय रूप से, H2 उद्ग्रहण। [FeFe] और [NiFe] हाइड्रोजन गैस वास्तविक रेडॉक्स उत्प्रेरक हैं, जो H2 ऑक्सीकरण और प्रोटॉन (H) कमी (समीकरण 3) को प्रेरित करते हैं, [Fe] हाइड्रोजन गैस अभिक्रिया (4) द्वारा दर्शाये गए H2 के उत्क्रमणीय विज़ातीयलयन विदलन को उत्प्रेरित करती है.

H2 ⇌ 2 H+ + 2 e−

 

 

 

 

(3)

H2 ⇌ H+ + H−

 

 

 

 

(4)

यद्यपि मूल रूप से यह "धातु-मुक्त" माना जाता है, [Fe]-केवल हाइड्रोजन गैसों में Fe सक्रिय स्थल पर होता है और कोई लौह-सल्फर झुण्ड नहीं होता है। [NiFe] और [FeFe] हाइड्रोजन गैसों की उनकी संरचनाओं में कुछ सामान्य विशेषताएं हैं: प्रत्येक एंजाइम की एक सक्रिय स्थिति होती है और कुछ Fe-S समूह होते हैं जो प्रोटीन में दबे होते हैं। सक्रिय स्थल, जिसके बारे में यह माना जाता है कि वह स्थान है जहाँ  उत्प्रेरण होता है, एक धातु समूह भी है, और प्रत्येक लोहे को कार्बन मोनोऑक्साइड (CO) और साइनाइड (CN-) लिगेंड द्वारा समन्वित किया जाता है।[3]

[NiFe] हाइड्रोजनेज़

[NiFe] हाइड्रोजनेज की क्रिस्टल संरचना

[NiFe] हाइड्रोजन गैस विषमलैंगिक प्रोटीन होते हैं जिनमें छोटे (S) और बड़े (L)सब यूनिटों होते हैं। छोटी सबयूनिट में आयरन-सल्फर के तीन समूह होते हैं जबकि बड़ी सबयूनिट में सक्रिय स्थिति होती है, एक निकेल-आयरन केंद्र जो एक आणविक सुरंग द्वारा विलायक से जुड़ा होता है।[4][5] कुछ [NiFe] हाइड्रोजन गैसों में, नी-बाध्य सिस्टीन अवशेषों में से एक को सेलेनोसिस्टीन द्वारा प्रतिस्थापित किया जाता है। हालाँकि, अनुक्रम समानता के आधार पर, [NiFe] और [NiFeSe] हाइड्रोजन गैसों को एक एकल सुपरफैमिली माना जाना चाहिए।

आज तक, पेरिप्लास्मिक, साइटोप्लाज्मिक और साइटोप्लाज्मिक मेम्ब्रेन-बाउंड हाइड्रोजनेस पाए गए हैं। [NiFe] हाइड्रोजन गैसें, जब पृथक की जाती हैं, दोनों H को उत्प्रेरित करती हैं2 इवोल्यूशन और अपटेक, लो-पोटेंशियल मल्टीहेम साइटोक्रोमेस जैसे कि साइटोक्रोम सी3 उनके ऑक्सीकरण राज्य के आधार पर, इलेक्ट्रॉन दाताओं या स्वीकारकर्ताओं के रूप में कार्य करना।[4]सामान्यतया, हालाँकि, [NiFe] हाइड्रोजनीज़ H के ऑक्सीकरण में अधिक सक्रिय हैं2. एच। का एक विस्तृत स्पेक्ट्रम2 एच में समानताएं भी देखी गई हैं2-ऑक्सीकरण हाइड्रोजनेस।[6] [FeFe] हाइड्रोजन गैसों की तरह, [NiFe] हाइड्रोजन गैस को आमतौर पर आणविक ऑक्सीजन (O) द्वारा निष्क्रिय करने के लिए जाना जाता है।2). रालस्टोनिया यूट्रोफा से हाइड्रोजनेज, और कई अन्य तथाकथित नॉलगैस-बैक्टीरिया, ऑक्सीजन-सहिष्णु पाए गए।[4][7] Ralstonia eutropha H16 से घुलनशील [NiFe] हाइड्रोजनेज़ को परपोषी ग्रोथ मीडिया पर आसानी से उत्पादित किया जा सकता है।[8]<रेफरी नाम = जुगडर 242–250 >{{Cite journal|last1=Jugder|first1=Bat-Erdene|last2=Lebhar|first2=Helene|last3=Aguey-Zinsou|first3=Kondo-Francois|last4=Marquis|first4=Christopher P.|date=2016-01-01|title=संभावित हाइड्रोजन ईंधन सेल अनुप्रयोगों के लिए राल्सटोनिया यूट्रोफा एच16 से घुलनशील हाइड्रोजनेज का उत्पादन और शुद्धिकरण|journal=MethodsX|volume=3|pages=242–250|doi=10.1016/j.mex.2016.03.005|pmc=4816682|pmid=27077052}</ref> इस खोज ने उम्मीद बढ़ा दी है कि जल विभाजन के माध्यम से आणविक हाइड्रोजन के प्रकाश संश्लेषक उत्पादन में हाइड्रोजन गैसों का उपयोग किया जा सकता है।

[FeFe] हाइड्रोजनेज़

[FeFe] हाइड्रोजनेज की क्रिस्टल संरचना

डाइ-आयरन केंद्र युक्त हाइड्रोजन गैसों में ब्रिजिंग azadithiolate सहकारक होता है [FeFe] हाइड्रोजन गैस कहा जाता है।[9] [FeFe] हाइड्रोजन गैसों के तीन परिवार पहचाने जाते हैं:

  • साइटोप्लाज्मिक, घुलनशील, मोनोमेरिक हाइड्रोजनेस, क्लोस्ट्रीडियम पेस्टुरियनम और मेगास्फेरा एल्सडेनी जैसे सख्त एनारोब में पाए जाते हैं। वे दोनों एच को उत्प्रेरित करते हैं2 विकास और ग्रहण।
  • डेसल्फोविब्रियो एसपीपी से पेरिप्लास्मिक, हेटेरोडिमेरिक हाइड्रोजनेस, जिसे एरोबिक रूप से शुद्ध किया जा सकता है।
  • घुलनशील, मोनोमेरिक हाइड्रोजनेस, हरे शैवाल के क्लोरोप्लास्ट में पाए जाने वाले स्केनडेस्मस ओब्लिकस, एच को उत्प्रेरित करता है2 विकास। [फे2S2फेरेडॉक्सिन एंजाइम को प्रकाश संश्लेषक इलेक्ट्रॉन परिवहन श्रृंखला से जोड़ने वाले प्राकृतिक इलेक्ट्रॉन दाता के रूप में कार्य करता है।

[NiFe] हाइड्रोजन गैसों के विपरीत, [FeFe] हाइड्रोजन गैसें आम तौर पर आणविक हाइड्रोजन के उत्पादन में अधिक सक्रिय होती हैं। टर्नओवर फ्रीक्वेंसी (TOF) 10,000 एस के क्रम में-1 साहित्य में क्लोस्ट्रीडियम पेस्टुरियनम से [FeFe] हाइड्रोजन गैसों के लिए सूचित किया गया है।[10] इसने एच के स्थायी उत्पादन के लिए [FeFe] हाइड्रोजनेज के उपयोग पर ध्यान केंद्रित करते हुए गहन शोध किया है2.[11] डायरोन हाइड्रोजनेज की सक्रिय साइट को एच-क्लस्टर के रूप में जाना जाता है। एच-क्लस्टर में एक [4Fe4S] क्यूबन आकार की संरचना होती है, जो एक सिस्टीन व्युत्पन्न थिओल द्वारा निम्न वैलेंट डायरॉन सह-कारक के साथ मिलकर होती है। डायरॉन सह-कारक में दो लौह परमाणु शामिल होते हैं, जो ब्रिजिंग एज़ा-डाइथियोलेट लिगैंड (-SCH) से जुड़े होते हैं।2-एनएच-जस्ट2S-, adt), लोहे के परमाणुओं को कार्बोनिल और साइनाइड लिगेंड द्वारा समन्वित किया जाता है।[12] [FeFe]-हाइड्रोजेनेस को चार अलग-अलग फाइलोजेनेटिक्स समूहों A−D में अलग किया जा सकता है।[13] समूह ए में प्रोटोटाइपिकल और इलेक्ट्रॉन द्विभाजन [FeFe] -हाइड्रोजनेज होते हैं। प्रकृति में, प्रोटोटाइपिकल [FeFe]-हाइड्रोजनेज फेरेडॉक्सिन का उपयोग रेडॉक्स पार्टनर के रूप में हाइड्रोजन टर्नओवर संख्या का प्रदर्शन करते हैं, जबकि द्विभाजित प्रकार फेरेडॉक्सिन और एनएडीएच | एनएडी (एच) दोनों को इलेक्ट्रॉन दाता या स्वीकर्ता के रूप में उपयोग करके समान प्रतिक्रिया करते हैं।[14] ऊर्जा के संरक्षण के लिए, अवायवीय बैक्टीरिया इलेक्ट्रॉन द्विभाजन का उपयोग करते हैं जहां ऊष्मप्रवैगिकी को दरकिनार करने के लिए एक्सर्जोनिक प्रक्रिया और एंडर्जोनिक प्रतिक्रिया रेडॉक्स प्रतिक्रियाएं युग्मित होती हैं। ग्रुप ए में सबसे अच्छी तरह से विशेषता और उत्प्रेरक रूप से सबसे सक्रिय एंजाइम शामिल हैं जैसे कि [FeFe] - क्लैमाइडोमोनस रेन्हार्डेटी (CrHydA1) से हाइड्रोजनेज,[15] डेसल्फोविब्रियो डेसल्फ्यूरिकन्स (DdHydAB या DdH),[16] और क्लोस्ट्रीडियम पाश्चुरियनम और क्लोस्ट्रीडियम एसिटोब्यूटिलिकम (CpHydA1 और CaHydA1, जिसे CpI और CaI कहा जाता है)।[17] ग्रुप बी के किसी भी प्रतिनिधि उदाहरण को अभी तक चित्रित नहीं किया गया है, लेकिन यह तब भी फाइटोजेनेटिक रूप से अलग है, जब यह एच-क्लस्टर के आसपास समान अमीनो एसिड संरचनात्मक मूल भाव को ग्रुप ए [FeFe] -हाइड्रोजनेज के रूप में साझा करता है। डोमेन नहीं की उपस्थिति के आधार पर ग्रुप सी को संवेदी के रूप में वर्गीकृत किया गया है। प्रति-अर्नट-सिम डोमेन। <रेफरी नाम = कैलुसिंस्का 1575-1588>Calusinska, Magdalena; Happe, Thomas; Joris, Bernard; Wilmotte, Annick (2010-06-01). "क्लॉस्ट्रिडियल हाइड्रोजन गैसों की आश्चर्यजनक विविधता: एक तुलनात्मक जीनोमिक परिप्रेक्ष्य". Microbiology. 156 (6): 1575–1588. doi:10.1099/mic.0.032771-0. ISSN 1350-0872. PMID 20395274.</ref>[18] समूह C [FeFe]-हाइड्रोजनेज का एक उदाहरण थर्मोटोगा मैरिटिमा (TmHydS) से है जो समूह A एंजाइमों की तुलना में केवल मामूली उत्प्रेरक दर दिखाता है और हाइड्रोजन (H) के प्रति स्पष्ट उच्च संवेदनशीलता दिखाता है।2).[19] ग्रुप डी से एक निकट से संबंधित उपवर्ग का जीवाणु जीन पर एक समान स्थान है और समूह ई से एक उपवर्ग के समान डोमेन संरचना साझा करता है लेकिन इसमें पीएएस डोमेन का अभाव है।[13]<रेफरी नाम = कैलुसिंस्का 1575-1588 />

[Fe]-केवल हाइड्रोजनेस

[Fe] हाइड्रोजनेज की क्रिस्टल संरचना

मेथनोजेन आर्किया में पाए जाने वाले 5,10-मेथेनिलटेट्राहाइड्रोमेथेनोप्टेरिन हाइड्रोजनेज (EC 1.12.98.2) में न तो निकेल और न ही आयरन-सल्फर क्लस्टर होते हैं, लेकिन आयरन युक्त कॉफ़ेक्टर होता है जो हाल ही में एक्स-रे विवर्तन द्वारा विशेषता।[20]

अन्य दो प्रकारों के विपरीत, [Fe]-केवल हाइड्रोजन गैसें केवल कुछ हाइड्रोजनोट्रोफिक मेथनोजेनिक आर्किया में पाई जाती हैं। रेडॉक्स भागीदारों और सक्रिय साइट पर इलेक्ट्रॉनों को कैसे वितरित किया जाता है, इसके संदर्भ में वे मौलिक रूप से अलग एंजाइमेटिक तंत्र भी पेश करते हैं। [NiFe] और [FeFe] हाइड्रोजन गैसों में, इलेक्ट्रॉन मेटलऑर्गेनिक समूहों की एक श्रृंखला के माध्यम से यात्रा करते हैं जिसमें लंबी दूरी होती है; पूरी प्रक्रिया के दौरान सक्रिय साइट संरचनाएं अपरिवर्तित रहती हैं। [Fe]-केवल हाइड्रोजन गैसों में, हालांकि, इलेक्ट्रॉनों को थोड़ी दूरी के माध्यम से सीधे सक्रिय साइट पर पहुंचाया जाता है। मेथेनाइल-H4MPT+, एक सहकारक, सीधे H से हाइड्राइड को स्वीकार करता है2 कार्रवाई में। [Fe]-ओनली हाइड्रोजनेज को H के नाम से भी जाना जाता है2मिथाइलनेटेट्राहाइड्रोमेथेनोप्टेरिन (मिथाइलीन-H4MPT) डिहाइड्रोजनेज बनाना, क्योंकि इसका कार्य मिथाइल-H4MPT की प्रतिवर्ती कमी है+ मेथिलीन-H4MPT के लिए।[21] मेथेनिल-एच4एमपीटी+ का हाइड्रोजनीकरण एच के बजाय होता है2 ऑक्सीकरण/उत्पादन, जो कि अन्य दो प्रकार के हाइड्रोजन गैसों का मामला है। जबकि कटैलिसीस की सटीक क्रियाविधि अभी भी अध्ययन के अधीन है, हाल की खोज से पता चलता है कि आणविक हाइड्रोजन को पहले Fe(II) द्वारा विषम रूप से विभाजित किया जाता है, जिसके बाद स्वीकर्ता के कार्बोकेशन में हाइड्राइड का स्थानांतरण होता है।[22]


तंत्र

आण्विक क्रियाविधि जिसके द्वारा प्रोटॉनों को हाइड्रोजन गैसों के भीतर हाइड्रोजन अणुओं में परिवर्तित किया जाता है, अभी भी व्यापक अध्ययन के अधीन है। एक लोकप्रिय दृष्टिकोण कटैलिसीस के विभिन्न चरणों में एमिनो एसिड और / या लिगेंड की भूमिकाओं को स्पष्ट करने के लिए उत्परिवर्तन को नियोजित करता है जैसे कि सबस्ट्रेट्स के इंट्रामोल्युलर ट्रांसपोर्ट। उदाहरण के लिए, कोर्निश एट अल। उत्परिवर्तजनन अध्ययन किया और पाया कि सक्रिय साइट और प्रोटीन सतह को जोड़ने वाले पुटेटिव चैनल के साथ स्थित चार अमीनो एसिड क्लॉस्ट्रिडियम पेस्टुरियनम (CpI) से [FeFe] हाइड्रोजनेज के एंजाइमैटिक फ़ंक्शन के लिए महत्वपूर्ण हैं।[23] दूसरी ओर, कम्प्यूटेशनल विश्लेषण और सिमुलेशन पर भी भरोसा किया जा सकता है। Nilsson Lill और Siegbahn ने हाल ही में तंत्र की जांच करने के लिए यह तरीका अपनाया है जिसके द्वारा [NiFe] हाइड्रोजन गैसें H को उत्प्रेरित करती हैं।2 दरार।[24] दो दृष्टिकोण पूरक हैं और एक दूसरे को लाभान्वित कर सकते हैं। वास्तव में, काओ और हॉल ने मॉडल विकसित करने में दोनों दृष्टिकोणों को संयुक्त किया जो वर्णन करता है कि कैसे हाइड्रोजन अणुओं को ऑक्सीकरण किया जाता है या [FeFe] हाइड्रोजन गैसों की सक्रिय साइट के भीतर उत्पादित किया जाता है।[25] जबकि तंत्र की हमारी समझ को पूरा करने के लिए अधिक शोध और प्रायोगिक डेटा की आवश्यकता है, इन निष्कर्षों ने वैज्ञानिकों को ज्ञान को लागू करने की अनुमति दी है, उदाहरण के लिए, कृत्रिम उत्प्रेरक का निर्माण, हाइड्रोजन गैसों की सक्रिय साइटों की नकल करना।[26]


जैविक कार्य

यह मानते हुए कि पृथ्वी का वातावरण प्रारंभ में हाइड्रोजन से समृद्ध था, वैज्ञानिक परिकल्पना करते हैं कि हाइड्रोजन गैस आणविक एच से/के रूप में ऊर्जा उत्पन्न करने के लिए विकसित हुई थी।2. तदनुसार, हाइड्रोजन गैसें या तो सूक्ष्मजीवों को ऐसी परिस्थितियों में प्रसार करने में मदद कर सकती हैं, या एच द्वारा सशक्त पारिस्थितिक तंत्र स्थापित करने के लिए2.[27] आणविक हाइड्रोजन द्वारा संचालित माइक्रोबियल समुदाय, वास्तव में गहरे समुद्र की सेटिंग में पाए गए हैं जहां प्रकाश संश्लेषण से ऊर्जा के अन्य स्रोत उपलब्ध नहीं हैं। इन आधारों के आधार पर, हाइड्रोजन गैसों की प्राथमिक भूमिका को ऊर्जा उत्पादन माना जाता है, और यह एक पारिस्थितिकी तंत्र को बनाए रखने के लिए पर्याप्त हो सकता है।

हाल के अध्ययनों से हाइड्रोजन गैसों के अन्य जैविक कार्यों का पता चला है। आरंभ करने के लिए, द्विदिश हाइड्रोजनेज भी वाल्व के रूप में कार्य कर सकते हैं, विशेष रूप से प्रकाश संश्लेषक सूक्ष्मजीवों में अतिरिक्त कम करने वाले समकक्षों को नियंत्रित करने के लिए। इस तरह की भूमिका ग्लाइकोलाइसिस में हाइड्रोजन गैसों की महत्वपूर्ण भूमिका निभाती है।[28][29] इसके अलावा, एक ट्रांसमेम्ब्रेन प्रोटोनमोटिव बल की पीढ़ी के माध्यम से हाइड्रोजनीज़ झिल्ली से जुड़े ऊर्जा संरक्षण में भी शामिल हो सकते हैं।[15]इस बात की संभावना है कि हाइड्रोजन गैसें क्लोरीनयुक्त यौगिकों के जैविक उपचार के लिए जिम्मेदार रही हों। एच में कुशल हाइड्रोजेनस2 अपटेक भारी धातु संदूषकों को नशीले रूपों में पुनर्प्राप्त करने में मदद कर सकता है। इन अपटेक हाइड्रोजन गैसों को हाल ही में रोगजनक बैक्टीरिया और परजीवियों में खोजा गया है और माना जाता है कि वे उनके विषाणु में शामिल हैं।[15]</उप>

अनुप्रयोग

1930 के दशक में पहली बार हाइड्रोजन गैसों की खोज की गई थी।[30] औ