Simpele watermoleculen kunnen ingewikkelde cofactoren, zoals NADH, vervangen als elektronendonor voor enzymreacties. Als je dat water ook nog splitst met behulp van zonlicht heb je de basis voor een nieuwe vorm van ‘groene’ chemie, meldden onderzoekers uit Delft en Valencia onlangs in Nature Communications.

De motvatie is dat die cofactoren zo’n enzymreactie veel te complex maken voor gebruik in een fabriek. Om te beginnen heb je altijd een of twee extra enzymen nodig om de cofactor na verbruik te regenereren. En voor die regeneratie is ook weer een elektronendonor (‘cosubstraat’) nodig. Vandaar dat men voor toepassingen op industriële schaal liever een enzym neemt dat van nature zonder cofactor werkt.

Het idee van Frank Hollmann (TU Delft) is nu om die cofactor weg te laten en de elektronen rechtstreeks uit water te halen. Dus eigenlijk een soort fotosynthese waarbij je in één stap van de eerste naar de laatste reactie uit de keten gaat.

Samen met Avelino Corma (Instituto de Tecnología Química, Valencia) heeft hij hiervan nu een proof of principle geleverd. De publicatie beschrijft een modelsysteem waarbij je nanogouddeeltjes op titaandioxide gebruikt als fotokatalysator die water splitst met behulp van uv uit zonlicht. De zuurstof komt daarbij vrij in de vorm van O₂. In plaats van nanogoud kun je ook een vleugje vanadium(V)oxide aan het titaandioxide toevoegen; dat lijkt nog beter te werken.

De protonen en elektronen worden naar een natuurlijk oxidoreductase-enzym geleid. Als ‘koerier’ dient een zogeheten mediator, in dit geval een flavine. In wezen is dit ook een cofactor maar het heeft geen enzym nodig om elektronen te laden. Zonlicht is voldoende en dat had je voor dit opzetje tóch al nodig

Als enzym werd een oxidoreductase uit Thermus scotoductus gebruikt dat keto-isoforon omzet in R-levodion. Daar heb je waarschijnlijk niet zo veel aan maar er zijn ongetwijfeld veel meer enzymen waarmee het werkt.

De auteurs geven toe dat het nog in de kinderschoenen staat, maar ze vertrouwen erop dat het uiteindelijk een serieuze impact op de redox-biokatalyse zal hebben.

bron: Nature Communications (met dank aan Isabel Arends)