Tecnologia Científica

A nitrogenase dependente de vanádio pode ligar duas moléculas de CO simultaneamente
Os pesquisadores recentemente apresentaram seus resultados na revista Science Advances .
Por Universidade de Freiburg - 10/06/2021


O cofator ferro-vanádio (FeV) na nitrogenase dependente de vanádio foi feito para reagir com o monóxido de carbono (CO) e então gaseificado sob pressão, permitindo que duas moléculas do substrato fossem visualizadas na forma ligada. O cofator FeV é um dos maiores e mais complexos centros metálicos em proteínas atualmente conhecidos. Ele consiste em sete íons de ferro (cinza), 9 íons de enxofre (amarelo), um carbono central (preto) e um íon vanádio (verde), e também carrega um íon carbonato e uma molécula de homocitrato como ligantes orgânicos. Crédito: Oliver Einsle

Por meio da fixação biológica do elemento nitrogênio pela enzima nitrogenase, os organismos obtêm acesso ao nitrogênio molecular (N 2 ) da atmosfera terrestre, essencial para a construção de estruturas celulares. Além disso, uma variante da nitrogenase dependente do vanádio pode reduzir o gás tóxico monóxido de carbono (CO) a hidrocarbonetos. Essas reduções de N 2 e CO estão entre os processos mais importantes da química industrial, pois são usados ​​para produzir fertilizantes e combustíveis sintéticos. No entanto, os pesquisadores ainda não foram capazes de decifrar as diferentes vias das duas reações.

O Dr. Michael Rohde da equipe do Prof. Dr. Oliver Einsle no Instituto de Bioquímica da Universidade de Freiburg, em colaboração com dois grupos de pesquisa na Freie Universität Berlin, conseguiu mostrar como o sítio ativo da nitrogenase dependente de vanádio é capaz de ligar duas moléculas de CO simultaneamente, criando assim a base para combinar os átomos de carbono espacialmente adjacentes de ambas as moléculas em um processo redutivo. Os pesquisadores recentemente apresentaram seus resultados na revista Science Advances .

As reduções industriais de N 2 e CO - conhecidas como processos Haber-Bosch e Fischer-Tropsch, respectivamente - exigem altas temperaturas e pressão. Enquanto a redução do N 2 leva ao produto biodisponível de amônio (NH 4 + ), pelo menos dois átomos de carbono se combinam durante a conversão de CO. O produto de reação predominante é o etileno (eteno, C 2 H 4), um gás incolor que desempenha um papel importante não só nos combustíveis, mas também na produção de plásticos. Embora a clivagem de uma ligação NN na fixação de nitrogênio seja quimicamente fundamentalmente diferente da formação de uma ligação CC na redução de CO, os cientistas suspeitaram anteriormente que a nitrogenase usa os mesmos princípios mecanísticos básicos para ambas as reações.

Em um trabalho anterior, a equipe liderada por Rohde e Einsle usou nitrogenase para reagir com o gás CO, resultando na ligação específica de uma única molécula. Em seu estudo atual, que se baseia neste trabalho, os pesquisadores mostram que gaseificaram cristais desse primeiro estado com CO sob pressão e, em seguida, os submeteram à análise cristalográfica de raios-X. Isso permitiu que observassem diretamente como uma segunda molécula de CO se liga. “A forma de nitrogenase obtida desta forma, com duas moléculas de CO no sítio ativo, provavelmente representa um estado bloqueado ", explica Rohde," mas fornece pistas diretas para o mecanismo da enzima. "Como resultado, a equipe de Einsle pode agora delinear um mecanismo detalhado de redução do CO por meio da nitrogenase.

 

.
.

Leia mais a seguir