La estructura electrónica localizada de la nitrogenasa FeMoco revelada por la espectroscopia de absorción de rayos X...

Área de la Ciencia:

• La bioquímica
• La biofísica
• Ciencias de los materiales

Sus antecedentes:

• La nitrogenasa es una enzima compleja esencial para la conversión del nitrógeno atmosférico en amoníaco.
• Comprender la estructura electrónica de su sitio activo, el cofactor FeMo (FeMoco), es crucial pero desafiante debido a su complejidad.
• La sustitución selectiva de azufre por selenio en FeMoco proporciona un nuevo método para estudiar las propiedades electrónicas locales.

Objetivo del estudio:

• Investigar la estructura electrónica del cofactor FeMo mediante la sustitución de selenio.
• Para aplicar espectroscopia de absorción de rayos X detectada por fluorescencia de alta resolución de energía (HERFD XAS) y estructura fina de absorción de rayos X extendida (EXAFS) para sondear las interacciones Fe-Se.
• Para aclarar los cambios electrónicos y estructurales en la unión al sustrato en la nitrogenasa dependiente de Mo.

Principales métodos:

• Sustitución selectiva de azufre por selenio en el cofactor FeMo.
• Espectroscopia de absorción de rayos X detectada por fluorescencia de alta resolución de energía (HERFD XAS).
• Análisis de la estructura fina por absorción de rayos X extendida (EXAFS).
• Cálculos de la teoría funcional de la densidad dependiente del tiempo (TDDFT).
• Estudios de modelos de moléculas pequeñas.

Principales resultados:

• La sustitución de selenio en FeMoco reveló una asimetría significativa en la distribución electrónica.
• La estructura electrónica está más localizada de lo que se suponía anteriormente para los grupos de hierro y azufre.
• Los datos de HERFD XAS y EXAFS apoyan una asignación de pares diferrícos acoplados antiferromagnéticamente para Fe2/Fe6.
• Se HERFD XAS y EXAFS detectaron con éxito cambios electrónicos y estructurales al unirse al sustrato en una proteína MoFe inhibida por CO.

Conclusiones:

• La sustitución de selenio es una herramienta poderosa para sondear selectivamente la estructura electrónica y geométrica local del cofactor FeMo.
• Los hallazgos proporcionan una comprensión más refinada de las propiedades electrónicas del sitio activo FeMoco.
• HERFD XAS y EXAFS son métodos eficaces para estudiar los cambios dinámicos dentro de la nitrogenasa tras la interacción con el sustrato.