Bases estructurales para la protección conformacional de la nitrogenasa contra el O2

Área de la Ciencia:

• La bioquímica
• Biología estructural
• Microbiología

Sus antecedentes:

• La nitrogenasa, crucial para la fijación de nitrógeno, es muy sensible al oxígeno, lo que plantea un desafío para los organismos fijadores de nitrógeno aeróbicos o microaeróbicos.
• Los organismos emplean estrategias como los carroñeros de oxígeno y la compartimentación para proteger a la nitrogenasa, con un mecanismo de "protección conformal" que involucra a la proteína FeSII como último recurso.
• Los mecanismos moleculares precisos de protección de oxígeno y activación de FeSII en la nitrogenasa siguen siendo poco conocidos.

Objetivo del estudio:

• Para aclarar la base estructural del mecanismo de protección de oxígeno conformacional de la nitrogenasa por FeSII.
• Comprender el mecanismo de activación de la proteína FeSII bajo estrés de oxígeno.

Principales métodos:

• Se utilizó la crio-microscopía electrónica (cryo-EM) para determinar la estructura del complejo de Azotobacter vinelandii FeSII-nitrogenasa.
• Se realizaron estudios de solución para confirmar la compleja arquitectura y el mecanismo de activación de FeSII.

Principales resultados:

• La estructura cryo-EM reveló un complejo de núcleo de dos proteínas de molibdeno y hierro (MoFePs), dos proteínas de hierro (FePs) y un homodímero FeSII, formando filamentos extendidos.
• FeSII forma interacciones extensas dentro del complejo, posicionando los grupos de hierro-azufre de MoFeP y FeP en estados catalíticamente inactivos y protegidos por oxígeno.
• Los estudios de solución indicaron que la activación de FeSII implica un cambio conformacional inducido por la oxidación.

Conclusiones:

• La arquitectura del complejo FeSII-nitrogenasa proporciona una base molecular para la protección conformacional del oxígeno.
• El FeSII actúa como un regulador crucial, protegiendo los sitios activos de la nitrogenasa del daño por oxígeno a través de la complejación estructural.
• Los hallazgos revelan que la activación de FeSII se desencadena por la oxidación, lo que lleva a su papel protector.