来自波鸿鲁尔大学光生物技术研究小组(RUB)的国际研究团队由托马斯·哈佩教授(Thomas Happe)教授和马赛生物技术和蛋白质工程实验室(CNRS)领导，已经探究了这一独特功能的深处。他们在2021年2月2日的《自然通讯》中描述了分子机制。

[FeFe]-加氢酶基团的代表将质子和电子结合，以极高的转化率形成分子氢。其中一些人甚至利用阳光作为主要能源。但是，即使是低的氧气浓度也很快导致称为H簇的催化辅因子的不可逆分解。托马斯·哈普说：“迄今为止，在该酶组的所有代表中都观察到了这一点-除CbA5H以外。该酶具有分子机制，使其能够反复经受不受伤害的氧气攻击。”

在与RUB蛋白质晶体学小组负责人Eckhard Hofmann教授的合作下，研究人员通过分析其晶体结构发现了这种酶的窍门。“在活性酶中，开放的底物结合位点通常代表着氧气的主要攻击点，”参与该研究的RUB研究人员之一Martin Winkler博士解释说。在CbA5H中，此通常可访问的位置在空气中被屏蔽：在氧化条件下，半胱氨酸残基的硫醇基团直接与游离底物结合，该半胱氨酸残基因参与[FeFe]-加氢酶活性位点的质子介导而闻名。2FeH催化簇的配位点。只要周围的氧气增加了氧化还原电势，氧气的进入点就被阻塞了。

一旦从环境气体混合物中除去氧气并且氧化还原电势降低，硫醇基就会从活性位点的底物结合位点脱离，酶将恢复其催化活性而不受损害。“与所有其他已知的[FeFe]氢化酶不同，这种氢化酶可以反复采用保护状态，” Thomas Happe解释说。

最初尚不清楚为什么CbA5H特异地表现出这种保护功能，而其他非常相似的[FeFe]氢化酶，也作为质子介导链的一部分在同一位置提供此半胱氨酸残基，缺乏这一重要特征。仔细检查处于氧保护状态的CbA5H的晶体结构，发现载有该半胱氨酸的蛋白链部分移向底物结合位点在活性辅因子附近。与对氧敏感的[FeFe]氢化酶(例如巴氏梭状芽胞杆菌中的CpI)相比，RUB的研究人员能够在多肽链移位部分附近的CbA5H中鉴定出三个较小的氨基酸，从而为其提供了更大的运动自由度。在这些位置上进行单次和两次交换的蛋白质变异体的电化学和红外光谱检查证实了这些氨基酸对于CbA5H独特的，受电位控制的分子安全上限机制的重要性。

光生物技术研究小组的另一位成员段继夫博士说：“现在我们知道了这种保护机制的结构条件，因此应该也可以将抗氧性的优势从CbA5H转移到其他[FeFe]氢化酶上。” 。“如果成功的话，我们将朝着使用[FeFe]-加氢酶作为氢生物催化剂迈出重要一步，” Thomas Happe证实。