Cruzando Límites Enzimáticos al Acoplar BchNB con el Precursor del Cofactor de la Nitrogenasa

Área de la Ciencia:

• Bioquímica y Biología Molecular; Ingeniería de Enzimas; Fotosíntesis y Fijación de Nitrógeno

Sus antecedentes:

• La protochlorofílido oxidorreductasa (DPOR) que opera en la oscuridad es crucial para la biosíntesis de la clorofila, catalizando la reducción de protochlorofílido a clorofilida independiente de la luz.
• La DPOR comparte similitudes estructurales y mecanísticas con la nitrogenasa, la enzima responsable de la fijación del nitrógeno, lo que sugiere una posible relación evolutiva.

Objetivo del estudio:

• Investigar la homología estructural entre DPOR y los componentes de la nitrogenasa.
• Diseñar una metaloenzima quimérica combinando componentes de DPOR y nitrogenasa.
• Explorar el potencial catalítico de la enzima diseñada para la reducción de sustratos de nitrógeno y carbono.

Principales métodos:

• Alineación estructural de Rhodobacter capsulatus BchNB (componente catalítico de DPOR) con Azotobacter vinelandii NifDK (componente catalítico de nitrogenasa) y NifEN (madurasa de cofactores).
• Reconstitución de RcBchNB libre de Pchlide con el L-cluster de AvNifEN para crear una enzima híbrida (RcBchNB^L).
• Ensayos enzimáticos utilizando N₂, CN⁻ y CO como sustratos en presencia de un fuerte reductor (Eu^II-DTPA).

Principales resultados:

• Se identificó una arquitectura α₂β₂ conservada y una vía compartida de inserción de cofactores entre DPOR y los componentes de la nitrogenasa.
• La enzima híbrida diseñada RcBchNB^L demostró actividad catalítica en la reducción de N₂ a NH₃ y de sustratos C₁ (CN⁻, CO) a hidrocarburos.
• Se observó competencia entre Pchlide y el L-cluster por un sitio de unión común, lo que afectó la actividad de la enzima híbrida.

Conclusiones:

• Los hallazgos respaldan una historia evolutiva entrelazada de las enzimas fotosintéticas y fijadoras de nitrógeno.
• Se propone un marco para la ingeniería de metaloenzimas quiméricas con funciones catalíticas acopladas de recolección de luz y similares a la nitrogenasa.
• Esta investigación abre vías para la creación de biocatalizadores novedosos con reactividades a medida.