Versuchsaufbau für ultraschnelle Röntgenuntersuchungen zur Bestimmung der Struktur von Proteinkristallen © A. Schmidt, UniSysCat
Mroginski: Ein großes Ziel vieler Forscher*innen auf der ganzen Welt ist es, das Treibhausgas Kohlendioxid aus der Luft oder aus Abgasen in nützliche Kohlenwasserstoffe für die chemische und pharmazeutische Industrie umzuwandeln. Für diese Umwandlung des CO2 in Kohlenwasserstoffe braucht man Wasserstoff, der im Idealfall aus Wasser mit Hilfe von grünem Strom zum Beispiel aus Windkraft hergestellt wird. Die Hydrogenase beziehungsweise eben synthetische Moleküle mit ähnlicher Funktion könnten bei diesen Umwandlungsreaktionen eine entscheidende Rolle spielen und somit die Energiewende voranbringen. Gerade die Toleranz gegenüber Sauerstoff ist ein Vorteil unserer Hydrogenase, denn dann muss ich in biotechnologischen Verfahren nicht aufwändig dafür sorgen, dass die Reaktionen unter Sauerstoffabschluss stattfinden.
Wie weit sind Sie denn schon bei der Entschlüsselung der Funktionen der Hydrogenase?
Horch: Nun, wir wissen schon, dass sich Eisen- und Nickel-Atome im Reaktionszentrum der Hydrogenase befinden. Wie beim Katalysator im Auto sind es also auch hier Metalle, die die Reaktion ermöglichen. Wir wissen auch schon, dass die Hydrogenase die Metallatome in eine bestimmte Stellung zueinander bringt, die die Reaktion begünstigt. Wie das Ganze aber genau abläuft, welche elektronischen Strukturen der Atome wie beteiligt sind, das ist unklar. Übrigens auch, welche Rolle die hochgiftigen Stoffe Kohlenmonoxid und Cyanid spielen, die in der Hydrogenase eingebaut sind. Sie müssen eine entscheidende Bedeutung haben, sonst würde ein Organismus nicht das Risiko eingehen, sie zu produzieren.
Sie haben eingangs gesagt, dass Sie alle Spezialist*innen sind. Wer von Ihnen untersucht denn nun was an der Hydrogenase – und womit?
Schmidt: Ich charakterisiere den genauen atomaren Aufbau der Hydrogenase. Zum einen mit Röntgenstrahlen, die wir durch Proben schicken. Außerdem nutze ich Elektronenmikroskope, mit denen wir tiefgefrorene Proben durchleuchten. Den Ablauf von Reaktionen können wir beobachten, in dem wir mit unseren Methoden schnell hintereinander quasi Fotos aufnehmen. Das ist mittlerweile möglich in einem Zeitabstand von nur einem Millionstel einer Milliardstel Sekunde.