Een internationaal team van wetenschappers, geleid door de Universiteit van Liverpool, heeft structurele films gemaakt van een belangrijk enzym dat betrokken is bij een biologische route van de productie van broeikasgassen die nieuw inzicht bieden in de katalytische activiteit ervan.

Een belangrijke oorzaak van de opwarming van de aarde is het broeikasgas lachgas, dat 300 keer schadelijker is voor de ozonlaag dan koolstofdioxide. Lachgas is een bijproduct van de denitrificatieroute, die optreedt wanneer speciale soorten micro-organismen overtollig nitraat of nitriet uit ecosystemen verwijderen en weer omzetten in stikstofgas.

De eerste stap van dit proces omvat een enzym genaamd kopernitrietreductase (CuNiR), dat nitriet omzet in stikstofoxidegas, met behulp van een elektron en een proton. Onlangs is een CuNiR van een Rhizobia-soort ontdekt met een aanzienlijk lagere katalytische activiteit. Deze soort is overvloedig aanwezig in de landbouw en levert een belangrijke bijdrage aan de denitrificatieroute en dus aan lachgas.

CuNiR is een metalloproteïne, wat betekent dat het metaalionen bevat om correct te kunnen functioneren. In dit geval bevat het twee koperplaatsen, een waar katalyse plaatsvindt en een andere die een elektron ontvangt en doneert dat nodig is voor katalyse. Metalloproteïnen zijn wijdverbreid in de biologie en vormen minstens 30% van alle eiwitten.

Onderzoekers uit het VK en Japan gebruikten eenkristalspectroscopie en een röntgenkristallografie-benadering die bekend staat als MSOX (meerdere structuren van één kristal) om een ​​moleculaire film van het enzym te produceren om te begrijpen waarom de activiteit in deze CuNiR veel lager is. Röntgenkristallografie is een belangrijke techniek waarmee de atomaire details van biologische moleculen in drie dimensies kunnen worden gevisualiseerd, wat helpt om te begrijpen hoe ze zijn samengesteld, hoe ze functioneren en hoe ze op elkaar inwerken. MSOX is een vooruitgang op dit gebied, omdat katalyse in realtime kan worden gevisualiseerd.

Eerste auteur, Ph.D. student Samuel Rose zei:"Dit onderzoek is om twee redenen belangrijk. Ten eerste helpt het ons te begrijpen waarom de activiteit in deze CuNiR lager is in vergelijking met andere, wat kan helpen bij toekomstige bio-engineering om de opwarming van de aarde tegen te gaan. Ten tweede laat het zien dat de MSOX-benadering samen met eenkristalspectroscopie is een opwindende combinatie die kan helpen om complexe redoxreacties in andere fundamentele metallo-enzymen te ontleden."

Professor Samar Hasnain, die het onderzoek leidde aan de Universiteit van Liverpool, zei:"Alleen door fundamentele biologische en chemische processen te begrijpen, zullen we in staat zijn om grote milieuproblemen aan te pakken. degenen die betrokken zijn bij waterstofproductie (hydrogenase), stikstofgebruik (nitrogenasen) en fotosynthese (Photosystem II)."

Het onderzoek is gepubliceerd in Proceedings of the National Academy of Sciences . + Verder verkennen

Studie onthult inzichten in enzym dat een veelvoorkomend broeikasgas bestrijdt