Más allá de la estructura: la rubredoxina sustituida por níquel como modelo mecanicista para las hidrogenasas [NiFe]

Área de la Ciencia:

• Química bioorgánica
• Catálisis
• La biofísica

Sus antecedentes:

• El desarrollo de sistemas moleculares robustos para la producción de hidrógeno catalítico en condiciones suaves es un desafío.
• La rubredoxina sustituida por níquel (NiRd) imita el sitio activo de las hidrogenasas [NiFe] y exhibe una actividad catalítica similar.
• El mecanismo catalítico de NiRd no ha sido elucidado previamente.

Objetivo del estudio:

• Para investigar el mecanismo de la evolución del hidrógeno catalizado por el NiRd.
• Para comparar el mecanismo de NiRd con el de las hidrogenasas [NiFe] nativas.
• Identificar estrategias para optimizar la actividad de NiRd a través de la ingeniería de proteínas.

Principales métodos:

• Electroquímica cuantitativa de la película proteica
• Espectroscopia óptica y vibratoria
• Cálculos de la teoría funcional de la densidad (DFT)
• Simulaciones de dinámica molecular

Principales resultados:

• La transferencia de electrones acoplados a protones es crucial para la catálisis de NiRd.
• Los ligandos tiolados actúan como sitios de protonación, precediendo a la reducción del centro de níquel.
• El paso que limita la velocidad implica la transferencia intramolecular de protones a través de la inversión del tiol, formando una especie de Ni (III) -hidruro.
• La catálisis de NiRd es insensible al oxígeno, a diferencia de las hidrogenasas nativas.
• Las mutaciones proteicas alteran la actividad y el paso que determina la velocidad, enfatizando el papel de la esfera de coordinación externa.

Conclusiones:

• NiRd utiliza un mecanismo análogo a las hidrogenasas [NiFe], que incluye la protonación de tiolato.
• Este hallazgo sugiere un papel potencial para la protonación de tiolato en la función de la hidrogenasa nativa.
• La insensibilidad al oxígeno y la actividad sintonizable de NiRd presentan oportunidades para aplicaciones en pilas de combustible y evolución del hidrógeno aeróbico.