Molekylære film kaster lys over enzym involveret i drivhusgasproduktion

Et internationalt hold af forskere, ledet af University of Liverpool, har produceret strukturelle film af et nøgleenzym involveret i en biologisk vej for drivhusgasproduktion, som giver ny indsigt i dets katalytiske aktivitet.

En væsentlig bidragyder til den globale opvarmning er drivhusgassen lattergas, som er 300 gange mere skadelig for ozonlaget end kuldioxid. Dinitrogenoxid er et biprodukt af denitrifikationsvejen, som opstår, når særlige typer mikroorganismer fjerner overskydende nitrat eller nitrit fra økosystemer og omdanner dem tilbage til nitrogengas.

Det første trin i denne proces involverer et enzym kaldet kobbernitritreduktase (CuNiR), som omdanner nitrit til nitrogenoxidgas ved hjælp af en elektron og en proton. For nylig er en CuNiR fra en Rhizobia-art blevet opdaget med en væsentlig lavere katalytisk aktivitet. Denne art er rigelig i landbruget og er en væsentlig bidragyder til denitrifikationsvejen og dermed dinitrogenoxid.

CuNiR er et metalloprotein, hvilket betyder, at det indeholder metalioner for at fungere korrekt, i dette tilfælde indeholder det to kobbersteder, et hvor katalyse finder sted og et andet som modtager og donerer en elektron, der er nødvendig for katalyse. Metalloproteiner er udbredt i biologien og udgør mindst 30 % af alle proteiner.

Forskere fra Storbritannien og Japan brugte enkeltkrystalspektroskopi og en røntgenkrystallografisk tilgang kendt som MSOX (flere strukturer fra én krystal) til at producere en molekylær film af enzymet for at forstå, hvorfor aktiviteten er meget lavere i denne CuNiR. Røntgenkrystallografi er en vigtig teknik, der gør det muligt at visualisere biologiske molekylers atomare detaljer i tre dimensioner, hvilket hjælper med at forstå, hvordan de er samlet, hvordan de fungerer, og hvordan de interagerer. MSOX er et fremskridt på dette område, da det gør det muligt at visualisere katalyse i realtid.

Første forfatter, ph.d. studerende Samuel Rose sagde:"Denne forskning er vigtig af to grunde. For det første hjælper den os til at forstå, hvorfor aktiviteten i denne CuNiR er lavere sammenlignet med andre, hvilket kan hjælpe med fremtidig bioteknologi for at hjælpe med at tackle global opvarmning. For det andet viser det, at MSOX-tilgangen sammen med enkeltkrystalspektroskopi er en spændende kombination, der kan hjælpe med at dissekere komplekse redoxreaktioner i andre fundamentale metalloenzymer."

Professor Samar Hasnain, der ledede forskningen ved University of Liverpool, sagde:"Det er kun ved at forstå grundlæggende biologiske og kemiske processer, at vi vil være i stand til at tackle store miljøproblemer. Den tilgang, der er udviklet til denne undersøgelse, ville være anvendelig til mange systemer, bl.a. dem, der er involveret i hydrogenproduktion (hydrogenase), nitrogenudnyttelse (nitrogenaser) og fotosyntese (Fotosystem II)."

Forskningen er offentliggjort i Proceedings of the National Academy of Sciences . + Udforsk yderligere

Undersøgelse afslører indsigt i enzym, der bekæmper en almindelig drivhusgas