Filmes moleculares esclarecem enzimas envolvidas na produção de gases de efeito estufa

Local T2Cu durante a série MSOX de um Br^2D embebido em nitrito cristal NiR. (A) O sítio T2Cu após a primeira exposição a raios-X 0,8-MGy (DS1) mostrando ocupação total de um único lado de nitrito coordenado a T2Cu, Asp92 em posição proximal e dois canais de águas (W4 e W5). Ile252 e His250 não mostram alterações. (B) O sítio T2Cu em DS8 (6,4 MGy) mostrando ocupações iguais de nitrito e NO. Nenhuma outra alteração é vista. (C) O site T2Cu em DS17 (13,6 MGy) mostrando ocupação total de um único lado ligado NO coordenado para T2Cu. W4 agora desapareceu. (D) O sítio T2Cu em DS25 (20 MGy) mostrando ocupações iguais de NO e água (Wa). W4 já voltou. (E) O sítio T2Cu em DS38 (30,4 MGy) mostrando ocupação total de uma única água coordenada a T2Cu, mimetizando o sítio T2CuII oxidado em outros CuNiRs prototípicos. Nenhuma outra alteração é vista. (F) O sítio T2Cu no conjunto de dados final da série MSOX ligada a nitrito (DS65), após um total de 50 MGy, mostrando a água única (Wa) ainda coordenada a T2Cu. Asp92 mostra sinais de queima devido ao limite de dose no cristal sendo excedido com uma perda de densidade observada. W4 e W5 também estão quase completamente desaparecidos. 2Fo − Fc mapas de densidade eletrônica de resíduos são contornados no nível 1σ. 2Fo − Fc mapas de densidade eletrônica de ligantes são contornados no nível 0,9σ. T2Cu é mostrado como uma esfera azul. Crédito:Proceedings of the National Academy of Sciences (2022). DOI:10.1073/pnas.2205664119

Uma equipe internacional de cientistas, liderada pela Universidade de Liverpool, produziu filmes estruturais de uma enzima chave envolvida em uma via biológica de produção de gases de efeito estufa que oferece uma nova visão sobre sua atividade catalítica.
Um dos principais contribuintes para o aquecimento global é o óxido nitroso, gás de efeito estufa, que é 300 vezes mais prejudicial à camada de ozônio do que o dióxido de carbono. O óxido nitroso é um subproduto da via de desnitrificação, que ocorre quando tipos especiais de microrganismos removem o excesso de nitrato ou nitrito dos ecossistemas e os convertem novamente em nitrogênio gasoso.

A primeira etapa desse processo envolve uma enzima chamada nitrito redutase de cobre (CuNiR), que converte o nitrito em gás óxido nítrico, usando um elétron e um próton. Recentemente, um CuNiR de uma espécie de Rhizobia foi descoberto com uma atividade catalítica substancialmente menor. Esta espécie é abundante na agricultura e é um dos principais contribuintes para a via de desnitrificação e, portanto, para o óxido nitroso.

CuNiR é uma metaloproteína, ou seja, contém íons metálicos para funcionar corretamente, neste caso contém dois sítios de cobre, um onde ocorre a catálise e outro que recebe e doa um elétron necessário para a catálise. As metaloproteínas são amplamente difundidas na biologia, constituindo pelo menos 30% de todas as proteínas.

Pesquisadores do Reino Unido e do Japão usaram espectroscopia de cristal único e uma abordagem de cristalografia de raios-X conhecida como MSOX (múltiplas estruturas de um cristal) para produzir um filme molecular da enzima para entender por que a atividade é muito menor neste CuNiR. A cristalografia de raios X é uma importante técnica que permite visualizar em três dimensões os detalhes atômicos das moléculas biológicas, ajudando a entender como elas são montadas, como funcionam e como interagem. O MSOX é um avanço nisso, pois permite que a catálise seja visualizada em tempo real.

Primeiro autor, Ph.D. O estudante Samuel Rose disse:"Esta pesquisa é importante por dois motivos. Primeiro, ela nos ajuda a entender por que a atividade neste CuNiR é menor em comparação com outros, o que pode ajudar na futura bioengenharia para ajudar a combater o aquecimento global. Em segundo lugar, mostra que a abordagem MSOX junto com a espectroscopia de cristal único é uma combinação excitante que pode ajudar a dissecar reações redox complexas em outras metaloenzimas fundamentais."

O professor Samar Hasnain, que liderou a pesquisa na Universidade de Liverpool, disse:"É somente entendendo os processos biológicos e químicos fundamentais que seremos capazes de lidar com as principais questões ambientais. A abordagem desenvolvida para este estudo seria aplicável a muitos sistemas, incluindo aqueles envolvidos na produção de hidrogênio (hidrogenase), utilização de nitrogênio (nitrogenases) e fotossíntese (fotossistema II).

A pesquisa é publicada em Proceedings of the National Academy of Sciences . + Explorar mais