Environmental Engineering Reference
In-Depth Information
Chapter 5
Understanding and Harnessing
Hydrogenases, Biological Dihydrogen
Catalysts
Alison Parkin
Contents
ABSTRACT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
100
1
INTRODUCTION .........................................................................
100
2 DIHYDROGEN CYCLES AND HYDROGENASES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
100
2.1 The Global Dihydrogen Cycle . . ....................................................
101
2.2 Dihydrogen Cycling in Microbial Communities . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
102
2.3 Solar Dihydrogen Economy ........................................................
105
2.3.1 Hydrogenase Photoelectrolysis Devices ....................................
107
2.3.2 Photosynthetic Dihydrogen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
109
3
[NiFe] HYDROGENASES . . .............................................................
111
3.1 Structure and Function . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
111
3.1.1 Mechanisms for Dioxygen Tolerance . . ....................................
111
3.1.2
[NiFeSe] Hydrogenases . . . . .................................................
114
3.2 Biosynthesis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
114
4 NICKEL-FREE HYDROGENASES: [FeFe] AND [Fe] ENZYMES . . .................
115
4.1
[FeFe] Hydrogenase Structure and Function . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
115
4.2
[FeFe] Hydrogenase Biosynthesis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
117
4.3
[Fe] Hydrogenases ..................................................................
117
5
INSIGHTS INTO HYDROGENASE MECHANISM
FROM SMALL MOLECULE MIMICS .................................................
119
6 GENERAL CONCLUSIONS .............................................................
121
ABBREVIATIONS AND DEFINITIONS . . . . . ..............................................
121
ACKNOWLEDGMENT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
122
REFERENCES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
122
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