BIOQUIMICA DEL NITROGENO. COMPLEJO NITROGENASA

INSTITUTO TECNOLOGICO DE ZACATEPEC.

BIOQUIMICA DEL NITROGENO.

• RESUMEN: COMPLEJO NITROGENASA.
• DANIELA MORALESBOTELLO. WA 14090325

        ENERO-JUNIO 2017

• BIBLIOGRAFIA: Nitrogenase Complex . Paul W Ludden,University of Wisconsin, Madison, Wisconsin, USA

COMPLEJO NITROGENASA.

• Introducción:

Las nitrogenasas llevan a cabo la reducción del dinitrógeno molecular (N2) a amonio (NH41) de acuerdo con la reacción mostrada en la ecuación [I].

[pic 1]

El sistema de la enzima nitrogenasa se distribuye ampliamente entre las bacterias y las arqueas (Young, 1992), pero ningún sistema eucariota se ha demostrado que contienen una nitrogenasa. La fijación de nitrógeno de estas simbiosis se lleva a cabo por el complejo nitrogenasa enzima codificada, sintetizada y localizada en el endófito bacteriana de estas simbiosis. Las nitrogenasas de todos los sistemas estudiados tienen propiedades muy similares, la mayoría de estos muy estudiados: Azotobacter vinelandii (bacteria del suelo aeróbico),Klebsiella pneumoniae ( un facultativo, bacteria anaerobia), Clostridium pasteurianum ( una bacteria obligada bacteria anaerobia), y Rhodospirillum rubrum ( una bacteria fotótrofas). Donde pertinente, se observaron las propiedades de nitrogenasas de otros sistemas.

• Estructura del complejo nitrogenasa.

El complejo de la enzima nitrogenasa consta de dos componentes: proteínas dinitrogenasa y dinitrogenasa reductasa. Dinitrogenasa reductasa es el donador de electrones único y específico para dinitrogenasa.

Dinitrogenasa acumula electrones y cataliza la reducción de sustratos, incluyendo el sustrato biológicamente y agronómicamente importantes, N2.

Las propiedades de las proteínas nitrogenasas se conservan notablemente en la naturaleza. La secuencia primaria de la proteína dinitrogenasa reductasa es al menos 70% idéntica entre las especies y entre reinos de las bacterias Archaea, y las secuencias primarias de las proteínas de subunidades dinitrogenasa son también altamente conservadas. [pic 2]

El conocimiento actual sugiere que las agrupaciones de metales de todos nif-nitrogenasas codificadas son idénticas, y la resonancia paramagnética electrónica (EPR) lo confirma  con los espectros de las diversas proteínas que son notablemente similares, es por esto que es posible mezclar proteínas componentes de diferentes organismos (una dinitrogenasa reductasa de un organismo y una dinitrogenasa de otro).

• Dinitrogenasa reductasa.

También conocida como la proteína de hierro, la proteína de Fe, o nifH es un dímero α2 del producto del gen nifH y contiene un solo grupo que une las dos subunidades de la proteína en las cisteínas 98 y 132 de cada subunidad. La proteína contiene alrededor de 290 aminoácidos con el grupo cerca de la superficie en el eje de simetría c2 de proteínas. Se han determinado las estructuras moleculares de las formas cristalinas de la proteína en la forma unida a ADP y en un complejo con su aceptor de electrones, dinitrogenasa. [pic 3][pic 4]

Dinitrogenasa reductasa une dos moléculas de MgATP en un par de sitios distales del sitio de la agrupación, cada subunidad se une a una molécula de MgATP. Al unirse al MgATP, la dinitrogenasa reductasa experimenta un cambio conformacional que puede ser observado por el aumento de la susceptibilidad del grupo  a los radioenlazadores y por la alineación de las líneas del espectro EPR de la proteína derivada. Cada sitio de unión a MgATP es capaz de unirse a MgADP, pero otros nucleótidos son ligados para la dinitrogenasa reductasa y sólo la guanosina 5'-trifosfato (GTP) es capaz de soportar una pobre transferencia de electrones de la dinitrogenasa reductasa a dinitrogenasa. Mg2 + es necesario para la unión efectiva de nucleótidos de adenina a la enzima.[pic 5][pic 6]

La dinitrogenasa  reductasa realiza otras funciones, además de la transferencia de electrones a dinitrogenasa. En ausencia de reductasa dinitrogenasa, las células dejan de completar la síntesis del cofactor de hierro-molibdeno de la proteína dinitrogenasa. Además, se requiere reductasa dinitrogenasa para la inserción apropiada del cofactor de hierro y molibdeno en la proteína dinitrogenasa. Por lo tanto, la proteína tiene al menos tres funciones en el proceso de fijación de nitrógeno. Dinitrogenasa reductasa que carece de su racimo no es capaz de transferir electrones, pero aún puede realizar sus funciones en la biosíntesis y la inserción del cofactor de hierro y molibdeno.[pic 8][pic 7]

• Dinitrogenasa.

Dinitrogenasa es el sitio de reducción de sustrato, y esta proteína contiene dos de cada uno de dos agrupaciones de metales únicos, el grupo P y el cofactor de hierro-molibdeno (FeMo-co). Las moléculas de MgATP que se unen a la dinitrogenasa reductasa y se hidrolizan durante la transferencia de electrones de dinitrogenasa reductasa a dinitrogenasa no entran en contacto con dinitrogenasa. El tetrámero de dinitrogenasa es esencialmente un par de dímeros, cada uno de los cuales funciona independientemente en la reducción de sustratos.

Se piensa que los electrones entran en la proteína del grupo de la dinitrogenasa reductasa a través del grupo P, llegando finalmente al FeMo-co, que es el grupo de la subducción subtratores sobre la enzima. El concepto de que FeMo-co es el sitio de la reducción del sustrato se basa en la observación de que la especificidad del substrato y la susceptibilidad del inhibidor de la nitrogenasa se producen cuando se incorporan formas alteradas de FeMo-co a la proteína dinitrogenasa.[pic 9]

• Los sustratos para la nitrogenasa.

El nitrógeno (N2) es el sustrato biológicamente significante para la nitrogenasa, y su reducción a amonio permite que las bacterias que son capaces de fijación N2 para crecer en ausencia de una fuente de nitrógeno fijo. Sin embargo, la nitrogenasa es capaz de reducir el número de sustratos de triple y con doble enlace. Además, en ausencia de N2 u otro sustrato, la nitrogenasa reduce protones a H2 a una velocidad equivalente a la de electrones máximo flujo cuando la saturación de N2 está disponible. De hecho, nunca es posible aislar la enzima en su forma más reducida, debido a que la enzima siempre se convertirá en reoxidado mediante la reducción de los protones. Incluso en gran exceso de N2 disuelto, la enzima desvía 25% o más de los electrones que pasan a través de FeMo-co para la reducción de los protones.[pic 10]

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