Bases estructurales para la extracción de energía bacteriana del hidrógeno atmosférico

Área de la Ciencia:

• La bioquímica
• Microbiología
• Ciencias del medio ambiente

Sus antecedentes:

• Diversas bacterias aeróbicas utilizan el hidrógeno atmosférico (H2O) para obtener energía, lo que afecta la composición atmosférica y la biodiversidad del suelo.
• Las enzimas responsables de la oxidación atmosférica de H2 pertenecen a la superfamilia de las [NiFe] hidrogenasas, pero sus mecanismos siguen sin estar claros, especialmente con respecto a la sensibilidad al oxígeno y la transferencia de electrones.

Objetivo del estudio:

• Determinar la estructura y investigar el mecanismo de la Mycobacterium smegmatis hydrogenase Huc.
• Para dilucidar cómo Huc cataliza la oxidación de baja concentración H2 en presencia de oxígeno y transfiere electrones a la cadena respiratoria.

Principales métodos:

• Se utilizó la criomicroscopia electrónica para determinar la estructura de Huc.
• Se realizaron ensayos bioquímicos para investigar el mecanismo catalítico de la enzima y la insensibilidad al oxígeno.

Principales resultados:

• La estructura cryo-EM de Huc reveló un complejo octamérico con un tallo asociado a la membrana.
• Huc oxida eficientemente el H2 atmosférico, acoplándolo a la reducción de menaquinona, y es insensible al oxígeno debido a los estrechos canales de gas hidrofóbicos.
• Tres grupos de [3Fe-4S] dentro de Huc modulan sus propiedades para la oxidación energéticamente factible de H2.

Conclusiones:

• Los hallazgos proporcionan una base mecanicista para la oxidación atmosférica de H2, un proceso biogeoquímico crítico.
• Huc utiliza un nuevo modo de acoplamiento de energía que implica el transporte de quinona a larga distancia.
• Esta investigación abre caminos para el desarrollo de nuevos catalizadores para la oxidación de H2 en el aire ambiente.