Die Brennstoffzelle der Knallgasbakterien

Molekularer Wasserstoff ist in der Mikrobiologie mal Abfallprodukt und mal Energiequelle. Manche Arten von Bakterien, Archäen und einzelligen Eukaryoten — darunter den menschlichen Darm besiedelnde Bakterien — konzentrieren überschüssige Reduktionsäquivalente in Form von Wasserstoff, den sie ausscheiden. Andere Arten nutzen diesen als Energiequelle, indem sie ihn kontrolliert oxidieren.

In beiden Fällen ist das Enzym Hydrogenase nötig: Es erzeugt in der einen Richtung Wasserstoffmoleküle und spaltet sie im umgekehrten Fall in Protonen und Elektronen. In der Natur gibt es zwei nicht miteinander verwandte Klassen von Hydrogenasen mit verschiedenen Metall-Kofaktoren: [Fe-Fe]-Hydrogenasen produzieren meist Wasserstoff, während die [Ni-Fe]-Hydrogenasen überwiegend für dessen Abbau zuständig sind.

Meistens findet die Verwertung von Wasserstoff in anaerobem Milieu statt, aber Knallgasbakterien können die Reaktion von Wasserstoff und Sauerstoff indirekt und damit kontrolliert durchführen. Solche Bakterien gibt es unter den Proteobakterien, Aquificae, Actinobakterien und Firmicutes.

Mit Röntgenkristallstrukturen von drei verschiedenen sauerstofftoleranten Hydrogenas

Blickpunkt