FeMoco ( cofactor FeMo ) es el cofactor principal de la nitrogenasa . La nitrogenasa es la enzima que cataliza la conversión de moléculas de nitrógeno atmosférico N 2 en amoníaco (NH 3 ) a través del proceso conocido como fijación de nitrógeno . El cofactor, que contiene hierro y molibdeno , se llama FeMoco. Su estequiometría es Fe 7 MoS 9 C.
Estructura
El cofactor FeMo es un grupo con composición Fe 7 MoS 9 C. Fe es el símbolo químico del elemento hierro (ferrum), y Mo es el símbolo del molibdeno . Este gran grupo puede verse como dos subunidades compuestas por un grupo de Fe 4 S 3 ( sulfuro de hierro (III) ) y un grupo de MoFe 3 S 3 . Los dos grupos están unidos por tres ligandos de sulfuro . El hierro (Fe) único está anclado a la proteína por una cisteína . También está unido a tres sulfuros, lo que da como resultado una geometría molecular tetraédrica . Los seis centros de Fe adicionales en el grupo están unidos cada uno a tres sulfuros. Estos seis centros de Fe internos definen una disposición prismática trigonal alrededor de un centro de carburo central. El molibdeno está unido a tres sulfuros y está anclado a la proteína por el grupo imidazol de un residuo de histidina. También unido a Mo hay un cofactor homocitrato bidentado , que conduce a una geometría octaédrica. [1] El análisis cristalográfico de la proteína MoFe propuso inicialmente la geometría de FeMoco, que fue confirmada por estudios extendidos de absorción de rayos X de estructura fina (EXAFS). [2] [3] Se determinó que las distancias Fe-S, Fe-Fe y Fe-Mo eran 2,32, 2,64 y 2,73 Å respectivamente. [3]
Propiedades electrónicas de FeMoco
Según el análisis por espectroscopia de resonancia paramagnética electrónica , el estado de reposo del cofactor FeMo tiene un estado de espín de S = 3/2. Tras la reducción de un electrón, el cofactor se vuelve EPR silencioso. Comprender el proceso en el que se transfiere un electrón en el aducto de proteína muestra un modelo cinético más preciso del cofactor FeMo. [4] Los cálculos de la teoría funcional de la densidad han sugerido que el estado de oxidación formal es Mo IV -2Fe II -5Fe III -C 4− -H + , pero los estados de oxidación "verdaderos" no se han confirmado experimentalmente. [5]
Biosíntesis
La biosíntesis de FeMoco es un proceso complicado que requiere varios productos del gen Nif , específicamente los de nifS, nifQ, nifB, nifE, nifN, nifV, nifH, nifD y nifK (expresados como las proteínas NifS, NifU, etc.). Se propone que el ensamblaje de FeMoco sea iniciado por NifS y NifU, que movilizan Fe y sulfuro en pequeños fragmentos de Fe-S. Estos fragmentos se transfieren al andamio de NifB y se ordenan en un grupo de Fe 7 MoS 9 C antes de transferirlos a la proteína NifEN (codificada por nifE y nifN) y se reorganizan antes de la entrega a la proteína MoFe. [6] Varios otros factores participan en la biosíntesis. Por ejemplo, NifV es la homocitrato sintasa que suministra homocitrato a FeMoco. Se propone que NifV, un factor proteico, participa en el almacenamiento y / o movilización de Mo. La proteína Fe es el donante de electrones para la proteína MoFe 6 . Estos factores biosintéticos se han dilucidado y caracterizado con las funciones exactas y la secuencia confirmada por análisis bioquímicos, espectroscópicos y estructurales.
Aislamiento
El aislamiento del cofactor FeMo de la nitrogenasa se realiza mediante la sedimentación centrífuga de la nitrogenasa en la proteína MoFe y la proteína Fe. El cofactor FeMo se extrae tratando la proteína MoFe con ácidos. La primera extracción se realiza con N, N-dimetilformamida y la segunda con una mezcla de N-metilformamida y Na 2 HPO 4 antes de la sedimentación final por centrifugación. [7]
Identidad del átomo central en el cofactor
Las tres proteínas que juegan un papel directo en la síntesis del grupo M son NifH, NifEN y NifB. La proteína NifB es responsable del ensamblaje del núcleo Fe-S del cofactor; un proceso que implica unir dos grupos [4Fe-4S]. NifB pertenece a la superfamilia de enzimas SAM (S-adenosil-L-metionina). Durante la biosíntesis del cofactor FeMo, NifB y su cofactor SAM están directamente involucrados en la inserción de un átomo de carbono en el centro del complejo Fe-S. Un equivalente de SAM dona un grupo metilo, que se convierte en el carburo intersticial del grupo M. El grupo metilo de SAM se moviliza mediante la eliminación radical de un H por un radical 5'-desoxiadenosina (5'-dA ·). Presumiblemente, se forma un radical –CH2 · transitorio que posteriormente se incorpora al grupo de metales formando una especie de carburo de Fe 6 . El carbono intersticial permanece asociado con el cofactor FeMo después de la inserción en la nitrogenasa, [8] El átomo de carbono central ha sido confirmado por marcado con 13 C con detección por espectroscopia EPR pulsada. [9] Además de la espectroscopia EPR, se utilizó difractometría de rayos X para verificar que había un átomo central en el medio del cofactor FeMo y los estudios espectroscópicos de emisión de rayos X mostraron que el átomo central era carbono debido al carbono 2p → 1s. -transición de hierro. [10] El uso de cristalografía de rayos X mostró que, si bien el cofactor FeMo no está en su forma catalítica, el carbono mantiene la estructura rígida, lo que ayuda a describir la reactividad de la nitrogenasa.
Unión de sustratos
La ubicación de la unión del sustrato al complejo aún no se ha aclarado. Se cree que los átomos de Fe más cercanos al carbono intersticial participan en la activación del sustrato, pero el molibdeno terminal también es candidato para la fijación de nitrógeno. [11]
Referencias
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