1974 年Chen和Mortenson从巴氏梭菌(C.pas－teurianum)发现氢化酶^[1]。氢化酶(Hydrogenases简称Hase)也称为氢酶，是存在于微生物体内可逆催化氢气氧化还原反应(反应为H₂#8652;2H 2e ^-)的一类生物酶。1891 年,人们发现某些厌氧微生物中某种物质能够分解甲醛产生氢气和二氧化碳^[2]。目前人类已经发现并且提纯了多种氢化酶，各种氢化酶在它们的蛋白结构和所利用的电子载体的种类（如铁氧化还原蛋白、红素氧化蛋白等）上有着很大的差异。根据中心金属的不同，氢化酶可大致分为三类：[Ni- Fe]氢化酶（包括[NiFeSe]亚类氢化酶）、[Fe- Fe]氢化酶及[Fe- S cluster- free]氢化酶，根据Thauer 及其同事最新研究表明[FeS]簇的氢化酶，因为许多无金属氢化酶是中心含有铁硫簇的，铁硫簇的存在使得氢化酶具有催化活性 ^[3] ，其中[Fe- Fe]氢化酶的产氢活性最高, 是其他两者的 10~100 倍 ^[3] ，[Ni- Fe]氢化酶在自然界中含量最丰富，人们对其研究最为广泛和深入。而根据氢化酶的催化特性，可将氢化酶分为吸氢酶、放氢酶和双向氢酶等类型。

1、[Fe- Fe]氢化酶的活性中心结构：

1998 年, Peters 等发表了巴氏梭菌唯铁氢化酶的晶体结构 ^[4] ，如图1所示。唯铁氢化酶活性中心（又称氢簇）由传统的[4Fe4S]簇通过半胱氨酸的硫原子连接[2Fe2S]核组成。晶体结构和红外研究表明,活性位上的[2Fe2S]核中，每个铁都带有 CN - 和 CO 配体,两个铁原子相互配位的

图 1 巴氏梭菌唯铁氢化酶的晶体结构^[10]

二硫配体由3个饱和的原子连接。随着研究的深入，理论计算与晶体解析都表明:二硫间的桥为2- 氮杂 - 1，3- 亚丙基(#8212;CH₂NHCH₂#8212;)结构。因此，现在普遍接受的唯铁氢化酶活性中心的结构如图2所示 ^[4-5] 。

图2唯铁氢化酶活性中心(氢簇) 结构^[11]

2、[Fe-Fe]氢化酶催化产氢机理：

[Fe-Fe]氢化酶活性中心[2Fe₂S]单元中Fe₂原予的许多特征表明Fe₂为产氢反应发生的潜在位点，例如，Fe₂被大量的疏水基团包围，从而避免与溶剂接触，同时，相对于铁原子上的其它配体，与Fe₂原子配位的H₂O分子很容易被取代形成一个催化位点。催化还原质子产氢的过程中，可能涉及两种途径。一是水分子取代后，形成一个空位点，在H 存在下，形成H末端配位的中间体，再一次质子化形成H₂配位的中间体，在一定电位下，释放出氢气，完成一个催化循环。理论计算研究表明，氮杂桥中的N原子可以作为一个质子结合的位点，从而形成另一条催化途径，如图3所示^[7]。

图3 [Fe-Fe]氢化酶催化产氢机理^[4]

3、[Ni- Fe]氢化酶的活性中心结构：