Загадка фермента нитрогеназы решена

Пытаясь лучше понять феномен нитрогеназы — важнейшего биокатализатора, используемого бактериями для конвертации атмосферного азота в аммиак, — учёные из Калифорнийского университета в Ирвайне (США) нашли решение давней загадки, касающейся происхождения карбидного иона в структуре ферментного комплекса.

Судя по всему, эта работа может стать основой для создания инженерных версий нитрогеназы с целью каталитической фиксации азота в промышленных масштабах — к примеру, при синтезе всё того же аммиака.

Около десяти лет назад структурный биолог из Калифорнийского технологического института (США) Дуглас Рис (Douglas Rees) и его коллеги открыли присутствие неопознанного лёгкого атома в кофакторе нитрогеназы FeMo, ферментативном каталитическом центре. Роль этого мистического атома представлялась учёным весьма важной, даже ключевой, поскольку он образовывал связывание сразу с шестью из семи доступных атомов железа кофактора FeMo.

Механизм ферментативной фиксации азота (иллюстрация Nature).

Год спустя сразу две научные группы независимо друг от друга объявили об открытии: мистическим лёгким атомом оказался карбидный ион (C^4–). Заметим, что подобные железо-карбидные образования экстремально редки среди биологических металлических центров. Но вот вопрос: откуда взялся этот необычный карбидный центр, да ещё в непосредственной близости от атомов железа кофактора FeMo? Долгое время учёные считали, что внедрение карбида в кофактор FeMo — следствие работы белка NifB, тесно связанного с нитрогеназой. Но доказать или опровергнуть это было невозможно из-за нестабильности NifB в условиях лабораторного эксперимента.

И вот наконец-то в Калифорнийском университете в Ирвайне поставлен эксперимент, который позволил получить ответ на вопрос о происхождении карбидного центра в ферментном комплексе нитрогеназы. Для этого белок NifB связали в комплекс NifEN. Это позволило стабилизировать NifB, давая ему возможность показать, как же на самом деле происходит трансфер карбида от S-аденозилметионина к FeMo-кофактору во время биосинтеза.

Результаты работы позволили предложить подробное описание сложного механизма внедрения карбида, которое можно найти в статье, опубликованной в журнале Science.

Ну а главное в том, что безапелляционно подтверждена ключевая роль белка NifB, а также даны ответы на вопросы, как и где на кофакторе нитрогеназы FeMo происходит эта реакция.

Подготовлено по материалам Chemical & Engineering News.