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A single histidine is enough to decide whether an enzyme works at full speed or almost stops. In a laboratory study published on October 17, 2026, a team at Ruhr University Bochum, in Germany, has shown how one class of microbial enzymes moves protons so quickly that it can make hydrogen at high rates. Each of these biocatalysts can capture nearly 10,000 protons per second.
Una sola histidina basta para decidir si una enzima funciona a máxima velocidad o casi se detiene. En un estudio de laboratorio publicado el 17 de octubre de 2026, un equipo de la Universidad del Ruhr en Bochum, en Alemania, ha demostrado cómo una clase de enzimas microbianas mueve los protones tan rápidamente que puede producir hidrógeno a un ritmo elevado. Cada uno de estos biocatalizadores puede captar casi 10.000 protones por segundo.
The enzymes in question are the [FeFe]-hydrogenases. Zinc occurs naturally in many biocatalysts, where it helps the reaction, but the same metal can also shut them down. Dr. Jifu Duan explains that zinc binds to the amino acids of the enzyme and can block it, or attach itself to sites needed for proton binding. The team found that, although zinc attaches to several places on these enzymes, only one precise location caused inhibition. That spot lies right next to the proton transport pathway already known in hydrogenases.
Las enzimas en cuestión son las [FeFe]-hidrogenasas. El zinc se encuentra de forma natural en muchos biocatalizadores, donde favorece la reacción, pero ese mismo metal también puede inactivarlos. El investigador Jifu Duan explica que el zinc se une a los aminoácidos de la enzima y puede bloquearla, o adherirse a los lugares necesarios para la unión de protones. El equipo comprobó que, aunque el zinc se fija en varios puntos de estas enzimas, solo un lugar preciso provocaba la inhibición. Ese punto se encuentra justo al lado de la vía de transporte de protones que ya se conocía en las hidrogenasas.
The researchers then identified the two histidines that zinc and other metal ions block, both on the surface of the enzyme. Replacing one of them with another amino acid kept the enzyme highly active but made it insensitive to zinc. Replacing the other one made the enzyme produce hydrogen only very slowly. Together, these tests and the crystal structures showed that one histidine works like a pendulum, pivoting on a fixed fulcrum formed by another amino acid. When it swings toward the surface, it takes a proton from the second histidine. When it swings inward, it passes that proton to the known transport pathway.
Los investigadores identificaron después las dos histidinas que el zinc y otros iones metálicos bloquean, ambas en la superficie de la enzima. Al sustituir una de ellas por otro aminoácido, la enzima seguía siendo muy activa, pero dejaba de ser sensible al zinc. Al sustituir la otra, la enzima producía hidrógeno solo muy lentamente. En conjunto, estas pruebas y las estructuras cristalinas demostraron que una de las histidinas funciona como un péndulo, que gira alrededor de un punto fijo formado por otro aminoácido. Cuando oscila hacia la superficie, toma un protón de la segunda histidina. Cuando oscila hacia el interior, transfiere ese protón a la vía de transporte conocida.
The pendulum is not found everywhere. Several groups of [FeFe]-hydrogenases exist, but only Group A reaches the particularly high production rates that make these enzymes interesting for biotechnology. Professor Thomas Happe says the team searched for the pendulum in other groups and found it only in Group A. The researchers believe the two histidines explain the swift capture of protons and the high activity of that group, and they suggest that evolution may have specialised this group for that reason.
El péndulo no se encuentra en todas partes. Existen varios grupos de [FeFe]-hidrogenasas, pero solo el grupo A alcanza las tasas de producción especialmente altas que hacen interesantes estas enzimas para la biotecnología. El profesor Thomas Happe afirma que el equipo buscó el péndulo en otros grupos y solo lo encontró en el grupo A. Los investigadores creen que las dos histidinas explican la rápida captación de protones y la elevada actividad de ese grupo, y sugieren que la evolución podría haber especializado a este grupo por esa razón.
For now, the benefit is mainly to research. Understanding this mechanism could help scientists study other hydrogenases and, the team writes, perhaps design biocatalysts better suited to bio-based industrial processes. The authors also note that the results matter for understanding hydrogen metabolism in living organisms, which plays a role in many ecosystems. No timeline for such applications is given, and the study does not test any industrial process: it explains how a natural enzyme works, and that knowledge is the first step any engineering project would need.
Por ahora, el beneficio es sobre todo para la investigación. Comprender este mecanismo podría ayudar a los científicos a estudiar otras hidrogenasas y, según escriben los autores, quizá a diseñar biocatalizadores más adecuados para procesos industriales de base biológica. Los autores señalan además que los resultados son importantes para entender el metabolismo del hidrógeno en los organismos vivos, que desempeña un papel en muchos ecosistemas. No se indica ningún calendario para tales aplicaciones, y el estudio no prueba ningún proceso industrial: explica cómo funciona una enzima natural, y ese conocimiento es el primer paso que necesitaría cualquier proyecto de ingeniería.