Un nuevo estudio arroja luz sobre una enzima única que podría proporcionar un tratamiento ecológico para los suministros de agua contaminados con clorito y mejorar la calidad del agua en todo el mundo.
Un equipo internacional de investigadores dirigido por Christian Obinger de la Universidad de Viena utilizó análisis de neutrones en el Laboratorio Nacional de Oak Ridge, cristalografía de rayos X y otras técnicas para estudiar la enzima clorita dismutasa. Esta proteína natural puede descomponer el clorito, una sustancia industrial.contaminante encontrado en aguas subterráneas, agua potable y suelos, en subproductos inofensivos, pero su proceso catalítico no se comprende bien. Comprender cómo la enzima bacteriana convierte el clorito en cloruro y oxígeno podría abrir posibilidades para futuras aplicaciones en bioremediación y biotecnología.
Los resultados, publicados en catálisis ACS , también contribuye a la investigación fundamental sobre la capacidad de la enzima para producir oxígeno. La generación de oxígeno es increíblemente rara en la naturaleza, una vez que solo se creía posible por la fotosíntesis, por lo que la actividad enzimática de la clorita dismutasa ha atraído el interés de la comunidad científica más allá de sus aplicaciones ambientales paraagua limpia.
Se ha debatido exactamente cómo funciona la clorita dismutasa a nivel molecular para descomponer el clorito desde que se descubrió la enzima en 1996. La complejidad de la estructura molecular de la enzima y la dificultad de estudiar proteínas con métodos experimentales presentan desafíos inherentes para los investigadores.
Como la mayoría de las enzimas, la clorita dismutasa es una proteína que cataliza una reacción altamente específica. El proceso a menudo depende del medio ambiente, lo que significa que funciona mejor dentro de parámetros específicos, incluidos los rangos de temperatura, concentración y pH. Identificar los parámetros ideales para la reacción es clavepara apoyar la bioingeniería y la producción a gran escala de clorito dismutasa para eliminar de forma segura el clorito del medio ambiente y potencialmente explotar la generación de oxígeno de la enzima.
El equipo aisló una cepa de clorito dismutasa no estudiada de Cyanothece y examinó la estructura cristalina de la proteína a valores de pH específicos para determinar el impacto del pH en la conversión de clorito.
Los investigadores utilizaron MaNDi, el difractómetro de neutrones macromolecular, línea de luz 11-B en la fuente de neutrones Spallation, una instalación de usuarios del Departamento de Energía en ORNL, para recopilar datos únicos que solo se pueden obtener mediante el uso de neutrones.
"Los diferentes cristales de proteínas tienen diferentes grados de simetría, lo que determinará cómo vamos a medirlos. Este cristal es inusual ya que tiene muy poca simetría, por lo que se debe registrar un número especialmente grande de reflejos individualmente para obtener un resultado completoconjunto de datos ", dijo Leighton Coates, científico principal de instrumentos de MaNDi." Esta sería una tarea difícil y larga en cualquier lugar, y solo se podía lograr en este marco de tiempo debido a la cobertura del detector de área grande del instrumento MaNDi ".
En MaNDi, los investigadores pudieron detectar los estados de protonación de aminoácidos importantes que se cree que apoyan la reacción. "Protonación" se refiere a un paso fundamental en la catálisis durante el cual el hidrógeno se une a las moléculas. "Esta es la región importante de la proteína,donde está sucediendo la química y se está descomponiendo el clorito ", dijo Coates.
Los estados de protonación no se observan fácilmente porque involucran hidrógeno, que es difícil de detectar con rayos X u otras técnicas. Además, se produce un fenómeno llamado "fotorreducción" al exponer enzimas que contienen metales como la clorita dismutasa a los rayos X,esencialmente cambiando la estructura atómica de la muestra.
Debido a que las técnicas de neutrones no tienen estas limitaciones, pueden proporcionar a los investigadores información clave que no se puede obtener por otros métodos. "Los neutrones no son destructivos y sensibles a elementos ligeros como el hidrógeno, por lo que pueden proporcionar información exclusiva sobre la estructura atómica de las proteínas,que están compuestos en gran parte de moléculas de hidrógeno ", explicó Coates.
"Y a diferencia de los rayos X que pueden dañar proteínas delicadas, las técnicas de neutrones le permiten recopilar datos a temperatura ambiente sobre una proteína inalterada en su estado activo sin los impactos de la radiación ionizante y la fotorreducción", dijo Coates. "Este experimento realmente destacael beneficio de usar neutrones para estudiar proteínas "
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por DOE / Laboratorio Nacional de Oak Ridge . Original escrito por Ashley Huff. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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