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酵素进行氢气异相裂解反应之模型错合物证据

阅读:980          发布时间:2010-11-6

氢气的异相裂解反应(Heterolytic cleavage reaction)是镍铁氢化酵素([NiFe]Hydrogenase)进行氢气催化反应中zui关键的一步,但是长久以来对于氢气如何与酵素活性中心作用,一直没有明确的方向。zui近,利用一种铱(Iridium)或铑(Rhodium)金属错合物,尝试证明酵素活性中心(active site)与氢气分子作用型态。

近年来由于石油价格不断飙涨,能源危机(energy crisis)的疑虑始终没有消除,又加上气候环境的恶化,使人们开始重视暖化的严重性。因此世界各国陆续投入人力资金尝试开发新的、干净的能源,期望替代现有以碳为基础的能源使用形式。自然界中有一类氢化酵素可进行氢气的可逆氧化还原反应,此类酵素在生物体的氢循环扮演着重要的角色。

由先前理论计算的预测,在氢气进入酵素活性中心后,会进行异相裂解反应,使得配位于镍中心上的其中一个半胱氨酸(cysteine)被氢化,并且形成负一价的氢(hydride)配位在镍中心上。来自日本名古屋大学(Nagoya University)化学系的Kazuyuki Tatsumi教授等人,利用含去氢化硫醇(thiolate)的铱或铑有机金属错合物,于氢气的环境下与氢气反应,成功地得到负一价的氢配位在金属中心上,并发现配位的去氢化硫醇被氢化的金属错合物,且经X光单晶绕射仪解析其分子结构。这样的模型错合物的结构证据支持了理论计算的预测,酵素进行氢气异相裂解反应时,负一价的氢会配位在镍中心上而非铁中心,并且其中一个半胱氨酸被氢化。

Tatsumi教授等人合成出的化合物其氢气催化的条件也相较于过往的高压降低不少,约一大气压即可进行反应。并且,环境温度控制在约-20度的温度条件下,再升温至100度则催化剂可回复原状,进而完成一个催化循环。

一直以来,学界对于氢气如何与氢化酵素的活性中心作用有着高度的兴趣。Tatsumi教授等人的工作很干净利落的提供证据证明氢气与活性中心的作用方式,虽然其使用的金属并非酵素使用的镍而是铱或铑,但是从模型错合物提供的证据,亦可以指出可能的方向。
 

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