Sitio T2Cu durante la serie MSOX de un Br 2D empapado en nitrito cristal NiR. (A) El sitio T2Cu después de la primera exposición a rayos X de 0,8 MGy (DS1) que muestra la ocupación completa de un nitrito lateral único coordinado con T2Cu, Asp92 en posición proximal y dos canales de agua (W4 y W5). Ile252 y His250 no muestran cambios. (B) El sitio T2Cu en DS8 (6,4 MGy) que muestra ocupaciones iguales de nitrito y NO. No se ven otros cambios. (C) El sitio T2Cu en DS17 (13,6 MGy) que muestra la ocupación total de un NO lateral único coordinado con T2Cu. W4 ahora ha desaparecido. (D) El sitio T2Cu en DS25 (20 MGy) que muestra ocupaciones iguales de NO y agua (Wa). W4 ahora ha regresado. (E) El sitio T2Cu en DS38 (30,4 MGy) que muestra la ocupación total de una sola agua coordinada con T2Cu, imitando el sitio T2CuII oxidado en otros CuNiR prototipos. No se ven otros cambios. (F) El sitio T2Cu en el conjunto de datos final de la serie MSOX unida a nitrito (DS65), después de un total de 50 MGy, que muestra el agua única (Wa) aún coordinada con T2Cu. Asp92 muestra signos de quemado debido a que se excedió el límite de dosis en el cristal con una pérdida de densidad observada. W4 y W5 también han desaparecido casi por completo. 2Fo − Fc Los mapas de densidad electrónica de los residuos están contorneados al nivel de 1σ. Los mapas de densidad electrónica 2Fo − Fc de los ligandos están contorneados a un nivel de 0,9σ. T2Cu se muestra como una esfera azul. Crédito:Actas de la Academia Nacional de Ciencias (2022). DOI:10.1073/pnas.2205664119
Un equipo internacional de científicos, dirigido por la Universidad de Liverpool, ha producido películas estructurales de una enzima clave implicada en una vía biológica de producción de gases de efecto invernadero que ofrecen nuevos conocimientos sobre su actividad catalítica.
Uno de los principales contribuyentes al calentamiento global es el gas de efecto invernadero óxido nitroso, que es 300 veces más dañino para la capa de ozono que el dióxido de carbono. El óxido nitroso es un subproducto de la vía de desnitrificación, que ocurre cuando tipos especiales de microorganismos eliminan el exceso de nitrato o nitrito de los ecosistemas y los vuelven a convertir en gas nitrógeno.
El primer paso de este proceso involucra una enzima llamada nitrito de cobre reductasa (CuNiR), que convierte el nitrito en gas de óxido nítrico, usando un electrón y un protón. Recientemente, se ha descubierto un CuNiR de una especie de Rhizobia con una actividad catalítica sustancialmente menor. Esta especie es abundante en la agricultura y es un importante contribuyente a la ruta de desnitrificación y, por lo tanto, al óxido nitroso.
CuNiR es una metaloproteína, lo que significa que contiene iones metálicos para funcionar correctamente, en este caso contiene dos sitios de cobre, uno donde ocurre la catálisis y otro que recibe y dona un electrón necesario para la catálisis. Las metaloproteínas están muy extendidas en biología y constituyen al menos el 30 % de todas las proteínas.
Investigadores del Reino Unido y Japón utilizaron la espectroscopia de cristal único y un enfoque de cristalografía de rayos X conocido como MSOX (múltiples estructuras de un cristal) para producir una película molecular de la enzima con el fin de comprender por qué la actividad es mucho menor en este CuNiR. La cristalografía de rayos X es una técnica importante que permite visualizar los detalles atómicos de las moléculas biológicas en tres dimensiones, lo que ayuda a comprender cómo se ensamblan, cómo funcionan y cómo interactúan. MSOX es un avance en esto, ya que permite visualizar la catálisis en tiempo real.
Primer autor, Ph.D. El estudiante Samuel Rose dijo:"Esta investigación es importante por dos razones. En primer lugar, nos ayuda a comprender por qué la actividad en este CuNiR es menor en comparación con otros, lo que puede ayudar con la futura bioingeniería para ayudar a abordar el calentamiento global. En segundo lugar, muestra que el enfoque MSOX junto con la espectroscopia monocristalina es una combinación interesante que puede ayudar a diseccionar reacciones redox complejas en otras metaloenzimas fundamentales".
El profesor Samar Hasnain, quien dirigió la investigación en la Universidad de Liverpool, dijo:"Solo mediante la comprensión de los procesos biológicos y químicos fundamentales podremos abordar los principales problemas ambientales. El enfoque desarrollado para este estudio sería aplicable a muchos sistemas, incluidos aquellos involucrados en la producción de hidrógeno (hidrogenasa), la utilización de nitrógeno (nitrogenasas) y la fotosíntesis (Photosystem II)."
La investigación se publica en Proceedings of the National Academy of Sciences . Un estudio revela información sobre una enzima que combate un gas de efecto invernadero común
