对于技术在我们生活中所取得的所有进步，在许多情况下，它支持大自然可以做的事情。蚂蚁可以承受5000倍的重量，蜘蛛网的强度是钢的五倍。燃油效率也不例外。在Angewandte Chemie International Edition的新研究中，奈良科学技术研究所(NAIST)的研究人员使用傅立叶变换红外光谱(FTIR)报告了镍铁[NiFe] - 氢化酶质子转移途径的新细节。这种转移对于微生物的氢代谢至关重要，该研究使科学家们更好地了解了如何在新生物燃料细胞的构建中模拟自然。

氢代谢是生命中最古老的能量生产形式之一，也是最受研究的因素之一，因为它在进化中具有重要意义。由于它是一种清洁能源，因此也引起了人们的关注。在负责氢代谢的酶中，[NiFe] - 氢化酶是最丰富和最古老的。

人们对这种酶了解很多。它通过其特定氨基酸包围的Ni-Fe 活性位点可逆地氧化氢原子。然而，管理这项研究的NAIST教授Shun Hirota指出，在使用纳米机械设计生物燃料技术之前，需要了解化学反应的某些基本原理。

“氢化物和质子在质子化 - 去质子化循环中与Ni-Fe位点配位，产生四种氢化酶状态。但质子转移途径仍然未知，”他说。

缺乏清晰度的一个原因是不能解决不同氢键的拉伸频率。在这项新工作中，Hirota的团队与日本和中国的其他研究人员合作，通过观察具有FTIR光谱的三种氢化酶状态的光转换来解决这个问题。

氢化酶催化H2的可逆氧化。图片来源：Shun Hirota

不同的吸光度频率显示，四个半胱氨酸之一，半胱氨酸546，以及另一种氨基酸，谷氨酸 34和有序水分子对转移至关重要。科学家利用这些新信息推断出半胱氨酸546的硫分子和谷氨酸34中的酸基如何形成氢键以调节氢转运。

“我们的结果表明，半胱氨酸546是一个质子供体和受体在[镍-铁]氢化周期，还演示了如何对谷氨酸的低势垒氢键酸 34形成和催化循环过程中被切割，”笔记广田。

微生物适应了比人类更广泛的环境条件。它们可以在我们卧室舒适的气候中找到地球上最恶劣的环境。因此，了解[Ni-Fe]氢化酶的[Ni-Fe]位点如何最佳地转移质子，为寻求在许多条件下制造高效能量催化剂的研究人员提供了范例。

“生命花费了数十亿年的时间来适应能源。我们相信它为我们提供了未来能效的最佳模式，”Hirota说。