Base molecular del mecanismo de bifurcación de electrones en el complejo de [FeFe]-hidrogenasa HydABC

Área de la Ciencia:

• La bioquímica
• Microbiología
• Biología estructural

Sus antecedentes:

• La bifurcación de electrones es un mecanismo de acoplamiento de energía vital en los microorganismos anaerobios.
• Los mecanismos moleculares de las hidrogenasas [FeFe] bifurcantes (HydABC) siguen siendo poco conocidos.
• Las enzimas HydABC son cruciales para reducir el CO2 utilizando hidrógeno, una reacción termodinámica desafiante.

Objetivo del estudio:

• Para aclarar el mecanismo molecular de la hidrogenasa [FeFe] bifurcante de electrones HydABC.
• Para comprender cómo HydABC acopla la oxidación de hidrógeno a la ferredoxina y la reducción de NAD ((P) +.
• Investigar el papel de los cofactores de flavina y los grupos de hierro y azufre en la función de la enzima.

Principales métodos:

• Microscopía crioelectrónica de una sola partícula (cryoEM) bajo condiciones de rotación catalítica.
• Mutagénesis dirigida al sitio, ensayos funcionales y espectroscopia infrarroja.
• Simulaciones moleculares y análisis bioquímicos de HydABC de *Acetobacterium woodii* y *Thermoanaerobacter kivui*.

Principales resultados:

• HydABC utiliza un solo cofactor de mononucleótido de flavina (FMN) para la transferencia de electrones tanto a los sitios de reducción de NAD (P) + como a los de ferredoxina (Fd).
• Se identificó un nuevo mecanismo, distinto de la bifurcación clásica a base de flavina.
• La modulación de la afinidad de unión NAD ((P) + por un grupo de hierro-azufre controla la actividad enzimática entre los modos exergónico y endergónico.

Conclusiones:

• La dinámica conformacional crea una puerta cinética impulsada por redox, evitando el reflujo de electrones y asegurando un acoplamiento de energía eficiente.
• Este estudio proporciona información fundamental sobre los principios mecanicistas de las hidrogenasas bifurcantes de electrones.
• Los hallazgos avanzan en nuestra comprensión del metabolismo energético microbiano en condiciones anóxicas.