El complejo enzimático nitrogenasa consta de dos metaloenzimas:la proteína molibdeno-hierro (MoFe) y la proteína hierro-azufre (FeS). La proteína MoFe alberga el sitio activo donde se produce la reducción de N2, mientras que la proteína FeS sirve como donante de electrones y unidad hidrolizante de ATP.
Unión de nitrógeno:
1. Acceso al sustrato: El sitio activo de la nitrogenasa está profundamente enterrado dentro de la proteína MoFe, creando un entorno protector para el delicado proceso de reducción de N2. Una serie de residuos de aminoácidos y un cofactor de molibdeno (homocitrato de MoFe7S9C) forman el "cofactor FeMo", que sirve como sitio de unión para N2.
2. Enlace débil: El nitrógeno se une reversiblemente al cofactor FeMo a través de una interacción "lateral", donde el triple enlace N-N es paralelo al grupo FeMo. Esta unión débil permite la movilidad y activación necesarias de N2.
Reducción de nitrógeno:
1. Hidrólisis de ATP: La proteína FeS hidroliza el ATP para proporcionar energía para el proceso de reducción de nitrógeno. Esta hidrólisis genera un electrón de alta energía que se transfiere a la proteína MoFe.
2. Transferencia de electrones: El electrón de alta energía reduce una serie de grupos de hierro y azufre dentro de la proteína MoFe y, en última instancia, entrega el electrón al cofactor FeMo.
3. Protonación y escisión reductiva: El cofactor FeMo reducido interactúa con protones (H+) del entorno circundante. Estos protones, junto con los electrones, participan en una serie de pasos de protonación-reducción que conducen a la escisión del triple enlace N-N. Este proceso da como resultado la formación de dos moléculas de NH3.
El mecanismo de la nitrogenasa implica múltiples ciclos de hidrólisis de ATP, transferencia de electrones y reacciones de reducción de protonación. Cada ciclo acerca el N2 a la reducción completa, produciendo finalmente dos moléculas de amoníaco. El complejo enzimático también sufre una serie de cambios conformacionales durante el ciclo catalítico, que facilitan la unión del sustrato, la transferencia de electrones y la liberación del producto.
A pesar de los importantes avances realizados en la comprensión de la nitrogenasa, todavía hay aspectos de su mecanismo que aún no se han dilucidado por completo. Investigaciones futuras tienen como objetivo proporcionar una descripción más detallada de los intrincados pasos involucrados en la reducción del nitrógeno y la regulación de la actividad de la nitrogenasa, contribuyendo a nuestra comprensión de este proceso biológico vital.
