हाइड्रोजनेज

From Vigyanwiki
Revision as of 16:05, 5 April 2023 by alpha>Pallvic

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।यद्यपि अनुक्रम समानता के आधार पर, [NiFe] और [NiFeSe] हाइड्रोजन गैसों को एक एकल अधिकुल माना जाना चाहिए।

आज तक, पेरिप्लास्मिक, साइटोप्लाज्मिक और साइटोप्लाज्मिक मेम्ब्रेन-बंध हाइड्रोजनेस पाए गए हैं। [NiFe] हाइड्रोजन गैसें, जब पृथक की जाती हैं, H2 के विकास और ग्रहण दोनों को उत्प्रेरित करने के लिए पाई जाती हैं, जिसमें साइटोक्रोम c3 जैसे निम्न-क्षमता वाले मल्टीहेम साइटोक्रोम होते हैं जो या तो इलेक्ट्रॉन दाताओं या स्वीकर्ता के रूप में कार्य करते हैं, जो उनकी ऑक्सीकरण अवस्था पर निर्भर करता है।[4]सामान्यतया, यद्यपि, [NiFe] हाइड्रोजन गैसें H2 के ऑक्सीकरण में अधिक सक्रिय हैं। H2-ऑक्सीकारक हाइड्रोजन गैसों में H2 समानता का एक विस्तृत स्पेक्ट्रम भी देखा गया है।[6][FeFe] हाइड्रोजन गैसों की तरह, [NiFe] हाइड्रोजन गैस को सामान्यतया आणविक ऑक्सीजन (O2) द्वारा निष्क्रिय करने के लिए जाना जाता है।रालस्टोनिया यूट्रोफा H16 से घुलनशील [NiFe] हाइड्रोजनेज़ को  विषमपोषी विकास संचार माध्यम पर आसानी से उत्पादित किया जा सकता है।[4][7] 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। एक अन्य [NiFe], जिसे Huc या Hyd1 या साइनोबैक्टीरियल-प्रकार के अंतर्ग्रहण को हाइड्रोजनेज़ कहा जाता है, हाइड्रोजन के लिए बहुत उच्च आत्मीयता रखते हुए ऑक्सीजन असंवेदनशील पाया गया है हाइड्रोजन संकीर्ण चैनलों में प्रवेश करने में सक्षम है जो एंजाइम में ऑक्सीजन के अणु प्रवेश नहीं कर सकते हैं। यह माइकोबैक्टीरियम स्मेग्मेटिस जैसे बैक्टीरिया को अन्य स्रोतों की कमी होने पर ऊर्जा के स्रोत के रूप में वातावरण में हाइड्रोजन की थोड़ी मात्रा का उपयोग करने की अनुमति देता है।

[FeFe] हाइड्रोजनेज़

[FeFe] हाइड्रोजनेज की क्रिस्टल संरचना

सेतुबंधन डाइथिओलेट सहगुणक के साथ डाइ-आयरन केंद्र वाली हाइड्रोजन गैसों को [FeFe] हाइड्रोजनेज़ कहा जाता है।[8] [FeFe] हाइड्रोजन गैसों के तीन परिवार पहचाने जाते हैं::

  • साइटोप्लाज्मिक, घुलनशील, मोनोमेरिक हाइड्रोजनेस, क्लॉस्ट्रिडियम पेस्टुरियनम और मेगास्फेरा एल्सडेनी जैसे सख्त एनारोब में पाए जाते हैं। ये H2 के विकास और ग्रहण दोनों को उत्प्रेरित करते हैं।।
  • डेसल्फोविब्रियो एसपीपी से पेरिप्लास्मिक, हेटेरोडिमेरिक हाइड्रोजनेस, जिसे एरोबिक रूप से शुद्ध किया जा सकता है।
  • घुलनशील, मोनोमेरिक हाइड्रोजनेसेस, हरे शैवाल स्केनडेस्मस ओब्लिकुस के क्लोरोप्लास्ट में पाया जाता है, H2 के विकास को उत्प्रेरित करता है। [Fe2S2] फेरेडॉक्सिन 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 प्रायः आणविक हाइड्रोजन के उत्पादन में अधिक सक्रिय होती हैं। क्लॉस्ट्रिडियम पेस्टुरियनम से [FeFe] हाइड्रोजन गैसों के लिए साहित्य में कुलबिक्रीआवृत्ति (TOF) 10,000 s−1 के क्रम में उद्धृत कथन के रूप में प्रस्तुत की गई है।[9] इसने H2 के सतत उत्पादन के लिए [FeFe] हाइड्रोजनेज़ के उपयोग पर ध्यान केंद्रित करते हुए गहन शोध किया है.[10]डायरोन हाइड्रोजनेज की सक्रिय स्थिति को H-समूह के रूप में जाना जाता है। H-क्लस्टर में एक [4Fe4S] घनीय आकार की संरचना होती है, जो एक सिस्टीन व्युत्पन्न थिओल द्वारा निम्न रिक्त डायरॉन सह-कारक के साथ मिलकर होती है। डायरॉन सह-कारक में दो लोहे के परमाणु सम्मिलित होते हैं, जो एक सेतुबंधन एज़ा-डाइथिओलेट लिगैंड (-SCH2-NH-CH2S-, adt) से जुड़े होते हैं, लोहे के परमाणु कार्बोनिल और साइनाइड लिगेंड द्वारा समन्वित होते हैं।[11] [FeFe]-हाइड्रोजेनेस को चार अलग-अलग फाइलोजेनेटिक्स समूहों A−D में अलग किया जा सकता है।[12] 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।[13] 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,[14] डेसल्फोविब्रियो डेसल्फ्यूरिकन्स (DdHydAB या DdH),[15] और क्लोस्ट्रीडियम पाश्चुरियनम और क्लोस्ट्रीडियम एसिटोब्यूटिलिकम (CpHydA1 और CaHydA1, जिसे CpI और CaI कहा जाता है)।[16] 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>[17] 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).[18] 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।[12]<रेफरी नाम = कैलुसिंस्का 1575-1588 />

[Fe]-केवल हाइड्रोजनेस

Error creating thumbnail:
[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।[19]

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।[20] 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।[21]


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।[22] 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।[23] 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।[24] 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।[25]


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.[26] 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।[27][28] 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।[29] और तब से उन्होंने अकार्बनिक रसायन विज्ञान सहित कई शोधकर्ताओं से रुचि ली है जिन्होंने विभिन्न प्रकार के हाइड्रोजनीज मिमिक को संश्लेषित किया है। Ralstonia eutropha H16 से घुलनशील [NiFe] हाइड्रोजनेज़ H के लिए एक आशाजनक उम्मीदवार एंजाइम है2-आधारित जैव ईंधन अनुप्रयोग के रूप में यह एच के पक्ष में है2 ऑक्सीकरण और अपेक्षाकृत ऑक्सीजन-सहिष्णु है। इसका उत्पादन हेटरोट्रोफिक ग्रोथ मीडिया पर किया जा सकता है[30]और अनियन-एक्सचेंज क्रोमैटोग्राफी और आकार-बहिष्करण क्रोमैटोग्राफी मैट्रिसेस के माध्यम से शुद्ध।[31]


जैविक हाइड्रोजन उत्पादन

विभिन्न प्रणालियाँ पानी को O में विभाजित करने में सक्षम हैं2 और वह+ घटना धूप से। इसी तरह, कई उत्प्रेरक, या तो रासायनिक या जैविक, उत्पादित एच को कम कर सकते हैं+ एच में2. विभिन्न उत्प्रेरकों को घटित होने वाली इस न्यूनीकरण अभिक्रिया के लिए असमान अतिविभव की आवश्यकता होती है। हाइड्रोजन गैसें आकर्षक होती हैं क्योंकि उन्हें अपेक्षाकृत कम क्षमता की आवश्यकता होती है। वास्तव में, इसकी उत्प्रेरक गतिविधि प्लैटिनम की तुलना में अधिक प्रभावी है, जो कि एच के लिए सबसे प्रसिद्ध उत्प्रेरक है2 विकास प्रतिक्रिया।[32] तीन अलग-अलग प्रकार के हाइड्रोजन गैसों में, [FeFe] हाइड्रोजन गैसों को सौर H के अभिन्न अंग के लिए एक मजबूत उम्मीदवार माना जाता है।2 उत्पादन प्रणाली चूंकि वे उच्च TOF (9000 s से अधिक) का अतिरिक्त लाभ प्रदान करते हैं−1)[6]</उप>।

[FeFe] हाइड्रोजन गैसों की कम अतिविभव और उच्च उत्प्रेरक गतिविधि उच्च O साथ होती है2 संवेदनशीलता। उन्हें ओ इंजीनियर करना आवश्यक है2सौर एच में उपयोग के लिए सहिष्णु2 ओ के बाद से उत्पादन2 जल विखंडन अभिक्रिया का उप-उत्पाद है। दुनिया भर के विभिन्न समूहों के पिछले शोध प्रयासों ने ओ में शामिल तंत्र को समझने पर ध्यान केंद्रित किया है2- हाइड्रोजन गैसों की निष्क्रियता।[5][33] उदाहरण के लिए, स्ट्रिप एट अल। प्रोटीन फिल्म इलेक्ट्रोकैमिस्ट्री पर भरोसा किया और पाया कि ओ2 पहले [FeFe] हाइड्रोजन गैसों के सक्रिय स्थल पर प्रतिक्रियाशील प्रजातियों में परिवर्तित होता है, और फिर इसके [4Fe-4S] डोमेन को नुकसान पहुंचाता है।[34] कोहेन एट अल। जांच की गई कि आणविक गतिशीलता सिमुलेशन दृष्टिकोण द्वारा प्रोटीन शरीर के अंदर दफन सक्रिय साइट तक ऑक्सीजन कैसे पहुंच सकता है; उनके परिणाम बताते हैं कि ओ2 मुख्य रूप से दो रास्तों से फैलता है जो गतिशील गति के दौरान गुहाओं के बीच विस्तार और अंतर्संबंध द्वारा बनते हैं।[35] ये कार्य, अन्य रिपोर्टों के संयोजन में, सुझाव देते हैं कि निष्क्रियता दो घटनाओं द्वारा नियंत्रित होती है: O का प्रसार2 सक्रिय साइट के लिए, और सक्रिय साइट का विनाशकारी संशोधन।

इन निष्कर्षों के बावजूद, हाइड्रोजन गैसों में इंजीनियरिंग ऑक्सीजन सहनशीलता के लिए अनुसंधान अभी भी प्रगति पर है। जबकि शोधकर्ताओं ने ऑक्सीजन-सहिष्णु [NiFe] हाइड्रोजन गैसों को पाया है, वे केवल हाइड्रोजन अपटेक में कुशल हैं और उत्पादन में नहीं[21]</उप>। Bingham et al. की हाल ही में इंजीनियरिंग में सफलता [FeFe] क्लॉस्ट्रिडियम पेस्टुरियनम से हाइड्रोजनेज भी H के लिए बरकरार गतिविधि (ऑक्सीजन के संपर्क के दौरान) तक सीमित थी2 खपत, केवल।[36]


हाइड्रोजनेज-आधारित जैव ईंधन सेल

विशिष्ट एंजाइमी जैव ईंधन कोशिकाओं में कैथोड और एनोड दोनों या एक इलेक्ट्रोड पर विद्युत उत्प्रेरक के रूप में एंजाइमों का उपयोग शामिल होता है। हाइड्रोजनेज़-आधारित जैव ईंधन कोशिकाओं में, एच के लिए एनोड पर हाइड्रोजनेज़ एंजाइम मौजूद होते हैं2 ऑक्सीकरण। <रेफरी नाम = जुगदर 242-250 />[4][37]


सिद्धांत

हाइड्रोजनेज़ द्वारा उत्प्रेरित द्विदिश या प्रतिवर्ती प्रतिक्रिया मांग पर उपयोग के साथ ईंधन के रूप में नवीकरणीय ऊर्जा के कब्जे और भंडारण की अनुमति देती है। इसे नवीकरणीय स्रोत (जैसे सौर, पवन, जलतापीय ) से एच के रूप में प्राप्त बिजली के रासायनिक भंडारण के माध्यम से प्रदर्शित किया जा सकता है।2 कम ऊर्जा मांगों की अवधि के दौरान। जब ऊर्जा की इच्छा होती है, एच2 बिजली का उत्पादन करने के लिए ऑक्सीकरण किया जा सकता है।[37]


लाभ

मांग पर उपयोग के साथ ईंधन के रूप में नवीकरणीय ऊर्जा के अधिग्रहण और भंडारण के लिए प्रौद्योगिकियों के विकास में चुनौती का यह एक समाधान है। बिजली उत्पादन एच2 प्लैटिनम उत्प्रेरक माइनस उत्प्रेरक विषाक्तता की समान कार्यक्षमता के साथ तुलनीय है, और इस प्रकार यह बहुत ही कुशल है। एच के मामले में2/ हे2 ईंधन सेल, जहां उत्पाद पानी है, कोई ग्रीनहाउस गैस उत्सर्जन नहीं है।[37]


जैव रासायनिक वर्गीकरण

एंजाइम आयोग संख्या 1.12.1.2 हाइड्रोजन डिहाइड्रोजनेज (हाइड्रोजन: NAD+ ऑक्सीडोरडक्टेज़)

एच2 + वे+ ⇌ एच+ + एनएडीएच

ईसी 1.12.1.3 हाइड्रोजन डिहाइड्रोजनेज (NADP) (हाइड्रोजन: NADPH+ ऑक्सीडोरडक्टेज़)

एच2 + एनएडीपी+ ⇌ एच+ + एनएडीपीएच

ईसी 1.12.2.1 साइटोक्रोम-c3 हाइड्रोजनेस | साइटोक्रोम-सी3 हाइड्रोजनेज़ (हाइड्रोजन: फेरिकिटोक्रोम-सी3 ऑक्सीडोरडक्टेस)

2एच2 + फेरीसाइटोक्रोम सी3 {{eqm}4 एक्स+ + फेरोसाइटोक्रोम सी3

ईसी 1.12.5.1 हाइड्रोजन: क्विनोन ऑक्सीडोरडक्टेस

एच2 + मेनाक्विनोन ⇌ मेनक्विनोल

ईसी 1.12.7.2 फेरेडॉक्सिन हाइड्रोजनेज़ (हाइड्रोजन: फेरेडॉक्सिन ऑक्सीडोरडक्टेज़)

एच2 + ऑक्सीकृत फेरेडॉक्सिन ⇌ एह+ + फेरेडॉक्सिन कम किया

ईसी 1.12.98.1 कोएंजाइम F420 हाइड्रोजनेस | कोएंजाइम एफ420 हाइड्रोजनेज़ (हाइड्रोजन: कोएंजाइम एफ420 ऑक्सीडोरडक्टेस)

एच2 + कोएंजाइम एफ420 ⇌ कम कोएंजाइम एफ420

ईसी 1.12.99.6 हाइड्रोजनेज़ (स्वीकर्ता) (हाइड्रोजन: स्वीकर्ता ऑक्सीडोरडक्टेज़)

एच2 + ए ⇌ आह2

ईसी 1.12.98.2 5,10-मेथेनिलटेट्राहाइड्रोमेथेनोप्टेरिन हाइड्रोजनेज (हाइड्रोजन:5,10-मेथेनिलटेट्राहाइड्रोमेथेनोप्टेरिन ऑक्सीडोरडक्टेस)

एच2 + 5,10-मिथेनिलटेट्राहाइड्रोमेथेनोप्टेरिन ⇌ एच+ + 5,10-मेथिलनेटेट्राहाइड्रोमेथेनोप्टेरिन

ईसी 1.12.98.3 मेथनोसारसीना-फेनाज़ीन हाइड्रोजनेज़ [हाइड्रोजन:2-(2,3-डायहाइड्रोपेंटाप्रेनिलॉक्सी) फेनाज़ीन ऑक्सीडोरडक्टेस]

एच2 + 2-(2,3-डायहाइड्रोपेंटाप्रेनिलॉक्सी) फेनाज़ीन ⇌ 2-डायहाइड्रोपेंटाप्रेनिलॉक्सीफेनज़ीन

संदर्भ

  1. ↑ Vignais, P.M.; Billoud, B.; Meyer, J. (2001). "हाइड्रोजन गैसों का वर्गीकरण और फाइलोजेनी". FEMS Microbiol. Rev. 25 (4): 455–501. doi:10.1111/j.1574-6976.2001.tb00587.x. PMID 11524134.
  2. ↑ Lubitz, Wolfgang; Ogata, Hideaki; Rüdiger, Olaf; Reijerse, Edward (2014). "Hydrogenases". Chemical Reviews. 114 (8): 4081–148. doi:10.1021/cr4005814. PMID 24655035.
  3. ↑ Fontecilla-Camps, J.C.; Volbeda, A.; Cavazza, C.; Nicolet Y. (2007). "Structure/function relationships of [NiFe]- and [FeFe]-hydrogenases". Chem Rev. 107 (10): 4273–4303. doi:10.1021/cr050195z. PMID 17850165.
  4. ↑ 4.0 4.1 4.2 4.3 Jugder, Bat-Erdene; Welch, Jeffrey; Aguey-Zinsou, Kondo-Francois; Marquis, Christopher P. (2013-05-14). "Fundamentals and electrochemical applications of [Ni–Fe]-uptake hydrogenases". RSC Advances (in English). 3 (22): 8142. doi:10.1039/c3ra22668a. ISSN 2046-2069.
  5. ↑ 5.0 5.1 Liebgott, P.P.; Leroux, F.; Burlat, B.; Dementin, S.; Baffert, C.; Lautier, T.; Fourmond, V.; Ceccaldi, P.; Cavazza, C.; Meynial-Salles, I.; Soucaille, P.; Fontecilla-Camps, J.C.; Guigliarelli, B.; Bertrand, P.; Rousset, M.; Léger, C. (2010). "सबस्ट्रेट टनल के साथ विसरण और हाइड्रोजनेज़ में ऑक्सीजन संवेदनशीलता से संबंधित". Nat. Chem. Biol. 6 (1): 63–70. doi:10.1038/nchembio.276. PMID 19966788.
  6. ↑ Greening C, Berney M, Hards K, Cook GM, Conrad R (2014). "A soil actinobacterium scavenges atmospheric H2 using two membrane-associated, oxygen-dependent hydrogenases". Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 111 (11): 4257–61. Bibcode:2014PNAS..111.4257G. doi:10.1073/pnas.1320586111. PMC 3964045. PMID 24591586.
  7. ↑ Burgdorf, T.; Buhrke, T.; van der Linden, E.; Jones, A.; Albracht, S.; Friedrich, B. (2005). "[NiFe]-Hydrogenases of Ralstonia eutropha H16: Modular Enzymes for Oxygen-Tolerant Biological Hydrogen Oxidation". J. Mol. Microbiol. Biotechnol. 10 (2–4): 181–196. doi:10.1159/000091564. PMID 16645314. S2CID 8030367.
  8. ↑ Berggren, G.; Adamska, A.; Lambertz, C.; Simmons, T. R.; Esselborn, J.; Atta, A.; Gambarelli, S.; Mouesca, J.-M.; Reijerse, E.; Lubitz, W.; Happe, T.; Artero, V.; Fontecave, M. (2013). "Biomimetic assembly and activiation of [FeFe]-hydrogenases". Nature. 499 (7456): 66–69. Bibcode:2013Natur.499...66B. doi:10.1038/nature12239. PMC 3793303. PMID 23803769.
  9. ↑ Madden C, Vaughn MD, Díez-Pérez I, Brown KA, King PW, Gust D, Moore AL, Moore TA (January 2012). "Catalytic turnover of [FeFe]-hydrogenase based on single-molecule imaging". Journal of the American Chemical Society. 134 (3): 1577–82. doi:10.1021/ja207461t. PMID 21916466.