Hvordan bakterier opbygger et enzym, der ødelægger klimaskiftende lattergas

Ny forskning fra University of East Anglia afslører, hvordan jordbakterier bygger det eneste kendte enzym til ødelæggelse af den kraftige globale opvarmning og ozonnedbrydende gas lattergas.

Ved siden af ​​kuldioxid (CO2) og metan, drivhusgassen lattergas (N2O), almindeligvis kendt som 'lattergas', er nu grund til stor bekymring, og der er meget internationalt fokus på at reducere emissioner.

Det er håbet, at resultaterne, offentliggjort i dag i tidsskriftet Kemisk videnskab , vil bidrage til at bane vejen for strategier til at afbøde de skadelige virkninger af denne klimaforandrende gas.

N2O har omkring 300 gange det globale opvarmningspotentiale for CO2 og forbliver i atmosfæren i omkring 120 år, hvor den tegner sig for omkring ni procent af den samlede drivhusgas.

Det ødelægger også ozonlaget med samme styrke som de nu forbudte chlorfluorcarboner (CFC'er).

Atmosfæriske niveauer af N2O stiger år for år, da mikroorganismer nedbryder syntetisk nitrogengødning, der tilsættes landbrugsjord, for at tilfredsstille fødevarekravene til en stadigt stigende global befolkning.

Prof Nick Le Brun fra UEA's School of Chemistry, sagde:"Det er velkendt, at nogle bakterier kan 'indånde' N2O i miljøer, hvor ilt (O2) er begrænset.

"Denne evne er helt afhængig af et enzym kaldet 'lattergasreduktase', som er det eneste enzym, der vides at ødelægge N2O. Det er derfor meget vigtigt for at kontrollere niveauerne af denne klimaskiftende gas.

"Vi ville finde ud af mere om, hvordan jordbakterier bruger dette enzym til at ødelægge lattergas."

Den del af enzymet, hvor N2O forbruges (kaldet det 'aktive sted') er unik inden for biologi, bestående af et komplekst arrangement af kobber og svovl (en kobbersulfid-klynge). Indtil nu, viden om, hvordan dette usædvanlige aktive sted er bygget af bakterier, har manglet.

UEA -teamet opdagede et protein kaldet NosL, som er nødvendig for samlingen af ​​kobber-sulfid-klyngens aktive sted og gør enzymet aktivt.

De fandt ud af, at bakterier, der mangler NosL, stadig producerede enzymet, men det indeholdt mindre af det aktive kobbersulfid-aktive sted. Desuden, når de samme bakterier blev dyrket med mangel på kobber, det aktive sted var fuldstændigt fraværende fra enzymet.

Teamet viste også, at NosL er et kobberbindende protein, hvilket angiver, at det fungerer direkte i levering af kobber til samlingen af ​​det kobber-sulfid-klynge aktive sted.

Prof Le Brun sagde:"Opdagelsen af ​​NosL's funktion er det første skridt i retning af at forstå, hvordan det unikke aktive sted for lattergasreduktase samles. Dette er nøgleinformation, fordi når montering går galt, inaktivt enzym fører til frigivelse af N2O til atmosfæren. "

UEA -teamet blev ledet af prof. Nick Le Brun og Dr. Andy Gates fra UEA's School of Biological Sciences, og omfattede universitetets vicekansler prof. David Richardson - også fra School of Biological Sciences. De er en del af det internationale EU -netværk, der fokuserer på at forstå forskellige aspekter af N2O og nitrogencyklussen.

Dr. Gates sagde:"Samfundet er generelt godt klar over behovet for at håndtere kuldioxidemissioner, men lattergas viser sig nu som en presserende global bekymring og kræver, at forskere med forskellige færdigheder sætter sig sammen for at forhindre yderligere skadelige virkninger af klimaændringer.

"Med stigende forståelse for de enzymer, der producerer og ødelægger N2O, vi går tættere på at kunne udvikle strategier til at afbøde de skadelige virkninger af denne klimaforandrende gas på jordens miljø. "