La nitrito reductasa se refiere a cualquiera de las varias clases de enzimas que catalizan la reducción de nitrito . Hay dos clases de NIR. A multi hemo enzima reduce NO 2 - a una variedad de productos. Las enzimas que contienen cobre llevan a cabo una sola transferencia de electrones para producir óxido nítrico . [1]
nitrito reductasa | ||||||||
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Identificadores | ||||||||
CE no. | 1.7.2.1 | |||||||
No CAS. | 9027-00-3 | |||||||
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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A base de hierro
Hay varios tipos de enzimas a base de hierro. El citocromo cd 1 , o citocromo oxidasa de Pseudomonas, contiene dos hemes de tipo cy dos d con dos cadenas polipeptídicas . Diferentes formas de esta reductasa catalizan la formación de óxido nítrico u óxido nitroso . [2] [3] Una versión de este compuesto se llamó originalmente [Ferrocitocromo c-551: oxidorreductasa ]. Inicialmente se consideró una oxidasa. Cataliza la reducción de NO 2 - a NO. Esta enzima tetrahema tiene dos subunidades , cada una de las cuales contiene un hemo de tipo c y otro de tipo d. Los diámetros reducidos se unen al nitrito y lo convierten en producto. [4]
La nitrito reductasa del citocromo c (ccNIR) es una enzima multihema que convierte el nitrito en amoníaco en cada sitio activo. El hierro del sitio activo está unido a un anillo de protoporfirina IX que está unido covalentemente a las proteínas de la enzima.
Mecanismo propuesto
La proteína ccNIR utiliza seis electrones y siete hidrógenos para reducir el nitrito a amoníaco. [3] El sitio activo de la enzima contiene un hierro en un estado de oxidación +2 . El nivel de oxidación permite que el nitrito se una con más fuerza que al estado +3 debido al aumento de la adhesión de pi . Este efecto electrónico transfiere la densidad de electrones al orbital antienlazante de nitrito entre el nitrógeno y el oxígeno . La ocupación del LUMO disminuye la fuerza del enlace NO. Un segundo efecto electrónico es el enlace de hidrógeno de ambos oxígenos con los aminoácidos cercanos . Estos ácidos son a menudo arginina e histidina . Las interacciones alargan los enlaces de NO y facilitan la escisión de un oxígeno del nitrógeno.
El enlace Fe-NO es lineal y tiene seis electrones de valencia compartidos . Este no es un estado estable para un enlace Fe-NO. Sin embargo, una configuración de siete electrones doblados es demasiado estable para sufrir una reacción adicional sin un aporte de energía considerable. Para compensar esta barrera, dos reducciones rápidas, consecutivas de un solo electrón forman un complejo de ocho electrones. La transferencia de electrones ocurre antes de un cambio en la geometría de una geometría lineal a una curvada.
Dos protonaciones del nitrógeno conducen a una mayor distancia de enlace de NO. El intermedio resultante es una hidroxilamina . una mayor protonación de la hidroxilamina conduce a la rotura del enlace NO para formar agua. La oxidación del hierro de Fe (II) a Fe (III) , junto con una protonación adicional de nitrógeno, conduce a la liberación de amoníaco.
A base de cobre
Hasta la fecha, se han descubierto varios tipos de reductasas de nitrito de cobre. [2] Estos CuNIR se encuentran en muchos hongos y bacterias diferentes; por ejemplo, los géneros bacterianos Pseudomonas , Bordetella , Alcaligenes y Achromobacter contienen todos CuNIR. [5] Lo que es común a todos los CuNIR es la presencia de al menos un centro de cobre tipo 1 en la proteína. Estos centros son similares a Azurin en su estructura de enlace. Cada Cu de tipo 1 está fuertemente unido a un tiolato de azufre de una cisteína , dos nitrógenos de imidazol de diferentes residuos de histidina y un átomo de azufre de un ligando de metionina axial . Esto induce una geometría molecular tetraédrica distorsionada . [3]
La cisteína ligada al centro de Cu tipo 1 se encuentra directamente al lado de una histidina en la estructura primaria de los aminoácidos. Esta histidina está unida al centro de Cu tipo 2 responsable de la unión y reducción del nitrito. Este puente Cys-His juega un papel importante al facilitar la transferencia rápida de electrones desde el centro tipo 1 al tipo 2. [6]
Mecanismo propuesto
El centro de cobre tipo 2 de una nitrito reductasa de cobre es el sitio activo de la enzima. El Cu se une a los nitrógenos de dos Histidinas de un monómero y se une a una Histidina de otro monómero; el puente Cys-His al tipo 1 Cu. Esto le da a la molécula una geometría tetraédrica distorsionada. En el estado de reposo, el Cu también se une a una molécula de agua que es desplazada por el nitrito. [7]
A medida que el nitrito desplaza al agua, el Cu se une a ambos oxígenos de forma bidentada. Un hidrógeno de residuo de ácido aspártico cercano se une a uno de los ligandos de oxígeno recién formados . Un electrón entrante reduce el Cu del estado de oxidación (II) a (I). Este cambio facilita un cambio en la unión del nitrito de modo que el nitrógeno se une al Cu, y un oxígeno tiene una longitud de enlace extendida debido al enlace de hidrógeno. Un segundo enlace de hidrógeno se forma a partir de la histidina o una molécula de agua cercana y conduce a la ruptura del enlace NO. El Cu tiene ahora cinco coordenadas enlazadas al óxido nítrico y al agua. El óxido nítrico se libera cuando el Cu se oxida al estado (II) y vuelve a la configuración de reposo. [8]
Asimilativo
ferredoxina-nitrito reductasa | ||||||||
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Identificadores | ||||||||
CE no. | 1.7.7.1 | |||||||
No CAS. | 37256-44-3 | |||||||
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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La nitrato reductasa asimiladora es una enzima del metabolismo asimilativo involucrado en la reducción de nitrato a nitrito . El nitrito se reduce inmediatamente a amoníaco (probablemente a través de hidroxilamina ) por la actividad de la nitrito reductasa.
El término asimilatorio se refiere al hecho de que el producto de la actividad enzimática permanece en el organismo. En este caso, el producto es amoniaco que tiene un efecto inhibidor sobre la nitrato reductasa asimiladora, asegurando así que el organismo produzca el amoniaco según sus requerimientos.
Ver también
- Nitrito oxidorreductasa
- Ferredoxina: nitrito reductasa (NiR) involucrada en la asimilación de nitratos por las plantas
Referencias
- ^ Atkins P, Overton T, Rourke J, Weller M, Armstrong F (2006). "Química biológica inorgánica". Shriver & Atkins Química inorgánica . Oxford [Oxfordshire]: Oxford University Press. págs. 754–5. ISBN 0-19-926463-5.
- ^ a b Schneider J, Kroneck PM (2014). "Capítulo 9: la producción de amoníaco por citocromos Multiheme c". En Kroneck PM, Torres ME (eds.). La biogeoquímica impulsada por metales de compuestos gaseosos en el medio ambiente . Iones metálicos en ciencias de la vida. 14 . Saltador. págs. 211-236. doi : 10.1007 / 978-94-017-9269-1_9 .
- ^ a b c Kroneck PM, Beuerle J, Schumacher W (1992). "Conversión dependiente de metales de compuestos inorgánicos de nitrógeno y azufre". En Sigel A, Sigel H (eds.). Iones metálicos en sistemas biológicos: degradación de contaminantes ambientales por microorganismos y sus metaloenzimas . Nueva York: M. Dekker. págs. 464–5. ISBN 0-8247-8639-4.
- ^ Payne WJ (1985). "Diversidad en el ciclo del nitrógeno". En Golterman HL (ed.). Desnitrificación en el ciclo del nitrógeno . Nueva York: Plenum Press. pag. 56. ISBN 0-306-42104-6.
- ^ Adman ET (1985). "Estructura y funciones de las pequeñas proteínas de cobre azul". En Harrison PM (ed.). Metaloproteínas Parte 1: Proteínas metálicas con funciones redox . Weinheim: Verlag Chemie. pag. 5. ISBN 3-527-26136-2.
- ^ Lee WZ, Tolman WB (noviembre de 2002). "Hacia análogos sintéticos de sitios multimetálicos catalíticos y redox enlazados en proteínas: un modelo de la matriz dicopper con puente de histidina-cisteína". Inorg Chem . 41 (22): 5656–8. doi : 10.1021 / ic025937a . PMID 12401068 .
- ^ Suzuki S, Kataoka K, Yamaguchi K (octubre de 2000). "Coordinación de metales y mecanismo de la nitrito reductasa multicopper". Acc. Chem. Res . 33 (10): 728–35. doi : 10.1021 / ar9900257 . PMID 11041837 .
- ^ Sundararajan M, Hillier IH, Burton NA (mayo de 2007). "Mecanismo de reducción de nitritos en centros T2Cu: cálculos de estructura electrónica de catálisis por nitrito reductasa de cobre y por compuestos modelo sintéticos". J Phys Chem B . 111 (19): 5511–7. doi : 10.1021 / jp066852o . PMID 17455972 .
Otras lecturas
- Clark, David; Madigan, Michael T .; Martinko, John M .; Stahl, David C. (2010). Brock Biology of Microorganisms (13ª edición) . San Francisco: Benjamin Cummings. ISBN 0-321-64963-X.
- Einsle O, Messerschmidt A, Huber R, Kroneck jack PM, Neese F (octubre de 2002). "Mecanismo de reducción de seis electrones de nitrito a amoniaco por citocromo c nitrito reductasa". Mermelada. Chem. Soc . 124 (39): 11737–45. doi : 10.1021 / ja0206487 . PMID 12296741 .