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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.
Basta una sola istidina per decidere se un enzima funziona a pieno regime o quasi si blocca. In uno studio di laboratorio pubblicato il 17 ottobre 2026, un team dell'Università della Ruhr di Bochum, in Germania, ha mostrato come una classe di enzimi microbici sposti i protoni così rapidamente da poter produrre idrogeno a ritmi elevati. Ciascuno di questi biocatalizzatori può catturare quasi 10.000 protoni al secondo.
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.
Gli enzimi in questione sono le idrogenasi [FeFe]. Lo zinco è presente naturalmente in molti biocatalizzatori, dove favorisce la reazione, ma lo stesso metallo può anche spegnerli. La dottoressa Jifu Duan spiega che lo zinco si lega agli amminoacidi dell'enzima e può bloccarlo, oppure fissarsi nei siti necessari al legame dei protoni. Il team ha constatato che, sebbene lo zinco si attacchi a diversi punti di questi enzimi, solo una posizione precisa causava l'inibizione. Quel punto si trova proprio accanto alla via di trasporto dei protoni già nota nelle idrogenasi.
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.
I ricercatori hanno poi individuato le due istidine che lo zinco e altri ioni metallici bloccano, entrambe sulla superficie dell'enzima. Sostituendone una con un altro amminoacido, l'enzima restava molto attivo ma diventava insensibile allo zinco. Sostituendo l'altra, l'enzima produceva idrogeno solo molto lentamente. Insieme, questi test e le strutture cristalline hanno dimostrato che un'istidina funziona come un pendolo, che oscilla attorno a un fulcro fisso formato da un altro amminoacido. Quando oscilla verso la superficie, sottrae un protone alla seconda istidina. Quando torna verso l'interno, passa quel protone alla nota via di trasporto.
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.
Il pendolo non è presente ovunque. Esistono diversi gruppi di idrogenasi [FeFe], ma solo il gruppo A raggiunge i tassi di produzione particolarmente elevati che rendono questi enzimi interessanti per le biotecnologie. Il professor Thomas Happe afferma che il team ha cercato il pendolo negli altri gruppi e lo ha trovato solo nel gruppo A. I ricercatori ritengono che le due istidine spieghino la rapida cattura dei protoni e l'elevata attività di quel gruppo, e suggeriscono che l'evoluzione possa aver specializzato proprio per questo motivo il gruppo.
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.
Per ora il beneficio è soprattutto per la ricerca. Comprendere questo meccanismo potrebbe aiutare gli scienziati a studiare altre idrogenasi e, scrive il team, a progettare forse biocatalizzatori più adatti ai processi industriali di origine biologica. Gli autori sottolineano inoltre che i risultati sono importanti per capire il metabolismo dell'idrogeno negli organismi viventi, che svolge un ruolo in molti ecosistemi. Non viene indicata alcuna tempistica per tali applicazioni e lo studio non sperimenta alcun processo industriale: spiega come funziona un enzima naturale, e questa conoscenza è il primo passo di qualsiasi progetto ingegneristico.