Las nitratos reductasas son molibdoenzimas que reducen los nitratos (NO-
3) al nitrito (NO-
2). Esta reacción es crítica para la producción de proteínas en la mayoría de las plantas de cultivo, ya que el nitrato es la fuente predominante de nitrógeno en los suelos fertilizados. [2]
nitrato reductasa | ||||||||
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Identificadores | ||||||||
CE no. | 1.7.99.4 | |||||||
No CAS. | 9013-03-0 | |||||||
Bases de datos | ||||||||
IntEnz | Vista IntEnz | |||||||
BRENDA | Entrada BRENDA | |||||||
FÁCIL | NiceZyme vista | |||||||
KEGG | Entrada KEGG | |||||||
MetaCyc | camino metabólico | |||||||
PRIAM | perfil | |||||||
Estructuras PDB | RCSB PDB PDBe PDBsum | |||||||
Ontología de genes | AmiGO / QuickGO | |||||||
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Molibdopterina oxidorreductasa (subunidad alfa de nitrato reductasa) | ||||||||
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Identificadores | ||||||||
Símbolo | Molibdopterina | |||||||
Pfam | PF00384 | |||||||
InterPro | IPR006656 | |||||||
PROSITE | PDOC00392 | |||||||
SCOP2 | 1cxs / SCOPe / SUPFAM | |||||||
Superfamilia OPM | 3 | |||||||
Proteína OPM | 1kqf | |||||||
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Dominio diclúster 4Fe-4S (subunidad beta de nitrato reductasa) | ||||||||
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Identificadores | ||||||||
Símbolo | Fer4_11 | |||||||
Pfam | PF13247 | |||||||
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Subunidad de nitrato reductasa gamma | ||||||||
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Identificadores | ||||||||
Símbolo | Nitrato_red_gam | |||||||
Pfam | PF02665 | |||||||
InterPro | IPR003816 | |||||||
SCOP2 | 1q16 / SCOPe / SUPFAM | |||||||
TCDB | 5.A.3 | |||||||
Superfamilia OPM | 3 | |||||||
Proteína OPM | 1q16 | |||||||
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Subunidad de nitrato reductasa delta | ||||||||
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Identificadores | ||||||||
Símbolo | Nitrate_red_del | |||||||
Pfam | PF02613 | |||||||
InterPro | IPR003765 | |||||||
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Subunidad de tipo citocromo c de nitrato reductasa (NapB) | ||||||||
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Identificadores | ||||||||
Símbolo | NapB | |||||||
Pfam | PF03892 | |||||||
InterPro | IPR005591 | |||||||
SCOP2 | 1jni / SCOPe / SUPFAM | |||||||
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Proteína nitrato reductasa periplasmática NapE | ||||||||
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Identificadores | ||||||||
Símbolo | Nuca | |||||||
Pfam | PF06796 | |||||||
InterPro | IPR010649 | |||||||
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Tipos
Eucariota
Las nitrato reductasas eucariotas forman parte de la familia de las molibdoenzimas sulfito oxidasa. Transfieren electrones de NADH o NADPH al nitrato.
Procariota
Las nitrato reductasas procarióticas pertenecen a la familia de molibdoenzimas DMSO reductasa y se han clasificado en tres grupos: nitrato reductasas asimilatorias (Nas), nitrato reductasa respiratoria (Nar) y nitrato reductasas periplásmicas (Nap). [3] El sitio activo de estas enzimas es un ion Mo que está unido a las cuatro funciones tiolato de dos moléculas de pterina. La esfera de coordinación del Mo se completa con una cadena lateral de aminoácidos y ligandos de oxígeno y / o azufre. El entorno exacto del ion Mo en algunas de estas enzimas (oxígeno frente a azufre como sexto ligando de molibdeno) todavía se debate. El Mo está unido covalentemente a la proteína por un ligando de cisteína en Nap y un aspartato en Nar. [4]
Estructura
Las nitratos reductasas procarióticas tienen dos tipos principales, las nitratos reductasas transmembrana y las nitratos reductasas periplásmicas. La nitrato reductasa transmembrana (NAR) realiza la translocación de protones y puede contribuir a la generación de ATP por la fuerza motriz del protón . La nitrato reductasa periplásmica (NAP) no realiza la translocación de protones y no contribuye a la fuerza motriz del protón. [5]
La nitrato reductasa respiratoria transmembrana [6] se compone de tres subunidades; un 1 alfa, 1 beta y 2 gamma. Es la segunda enzima nitrato reductasa que puede sustituir a la enzima NRA en Escherichia coli, lo que le permite utilizar nitrato como aceptor de electrones durante la respiración anaeróbica. [7] Se ha descubierto una nitrato reductasa transmembrana que puede funcionar como una bomba de protones (similar al caso de la respiración anaeróbica ) en una diatomea Thalassiosira weissflogii . [8]
La nitrato reductasa de plantas superiores, algas y hongos es una proteína citosólica homodimérica con cinco dominios conservados en cada monómero: 1) un dominio Mo-MPT que contiene el cofactor de molibdopterina único, 2) un dominio de interfaz dímero, 3) un citocromo b dominio, y 4) un dominio NADH que se combina con 5) un dominio FAD para formar el fragmento de citocromo b reductasa. [9] Existe una variante anclada a GPI que se encuentra en la cara exterior de la membrana plasmática. Su función exacta aún no está clara. [10]
Mecanismo
En la nitrato reductasa periplásmica procariota, el anión nitrato se une a Mo (IV). La transferencia de oxígeno produce un intermedio de Mo (VI) oxo con liberación de nitrito. La reducción del óxido de Mo y la protonólisis elimina el grupo oxo, regenerando el Mo (IV). [11]
Similar al mecanismo de reducción de nitrato procariota, en la nitrato reductasa eucariota, un oxígeno en nitrato se une al Mo en el estado de oxidación (IV), desplazando un ion hidróxido. Luego, los electrones de Mo d-orbital se voltean, creando un enlace múltiple entre Mo (VI) y ese oxígeno, expulsando nitrito. El doble enlace Mo (VI) al oxígeno se reduce mediante el NAD (P) H que pasa a través de la cadena de transporte intramolecular. [12]
Regulación
La nitrato reductasa (NR) está regulada en los niveles de transcripción y traducción inducidos por luz, nitrato y posiblemente un mecanismo de retroalimentación negativa. Primero, la asimilación de nitrato se inicia mediante la absorción de nitrato del sistema de raíces, reducido a nitrito por nitrato reductasa, y luego el nitrito se reduce a amoníaco por nitrito reductasa. Luego, el amoníaco pasa a la vía GS-GOGAT para incorporarse a los aminoácidos. [13] Cuando la planta está bajo estrés, en lugar de reducir el nitrato a través de NR para incorporarlo a los aminoácidos, el nitrato se reduce a óxido nítrico que puede tener muchos efectos dañinos en la planta. Por tanto, la importancia de regular la actividad de la nitrato reductasa es limitar la cantidad de óxido nítrico que se produce.
Inactivación de la nitrato reductasa
La inactivación de la nitrato reductasa tiene muchos pasos y muchas señales diferentes que ayudan en la inactivación de la enzima. Específicamente en la espinaca, el primer paso de la inactivación de la nitrato reductasa es la fosforilación de NR en el residuo 543-serina. El último paso de la inactivación de la nitrato reductasa es la unión de la proteína adaptadora 14-3-3, que se inicia por la presencia de Mg 2+ y Ca 2+ . [14] Las plantas superiores y algunas algas regulan postraduccionalmente la NR mediante la fosforilación de residuos de serina y la posterior unión de una proteína 14-3-3. [15]
Condiciones anóxicas
Se realizaron estudios que midieron la absorción de nitrato y la actividad de la nitrato reductasa en condiciones anóxicas para ver si había una diferencia en el nivel de actividad y la tolerancia a la anoxia. Estos estudios encontraron que la nitrato reductasa, en condiciones anóxicas, mejora la tolerancia de las plantas a estar menos aireadas. [14] Este aumento de la actividad de la nitrato reductasa también se relacionó con un aumento en la liberación de nitritos en las raíces. Los resultados de este estudio mostraron que el aumento espectacular de la nitrato reductasa en condiciones anóxicas puede atribuirse directamente a las condiciones anóxicas que inducen la disociación de la proteína 14-3-3 de la NR y la desfosforilación de la nitrato reductasa. [14]
Aplicaciones
La actividad de la nitrato reductasa se puede utilizar como una herramienta bioquímica para predecir el rendimiento de grano y la producción de proteína de grano. [16] [17]
La nitrato reductasa se puede utilizar para probar las concentraciones de nitrato en biofluidos. [18]
La nitrato reductasa promueve la producción de aminoácidos en las hojas de té. [19] En las condiciones del sur de la India, se informa que las plantas de té rociadas con varios micronutrientes (como Zn, Mn y B) junto con Mo mejoraron el contenido de aminoácidos de los brotes de té y también el rendimiento de los cultivos. [20]
Referencias
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enlaces externos
- Orientación UMich de proteínas en membranas protein / pdbid-1q16
- Nitrato + reductasas en los encabezados de temas médicos (MeSH) de la Biblioteca Nacional de Medicina de EE. UU .