Una proteína protege la fijación biológica del nitrógeno del estrés oxidativo
La proteína podría ayudar a utilizar la nitrogenasa en biotecnología y reducir así la cantidad de fertilizantes sintéticos utilizados
Un pequeño ayudante para grandes tareas: una proteína sensora de oxígeno protege la maquinaria enzimática de la fijación biológica del nitrógeno de graves daños. Su uso en biotecnología podría contribuir a reducir en el futuro el empleo de fertilizantes sintéticos en la agricultura. Un equipo de investigación dirigido por el bioquímico Prof. Dr. Oliver Einsle, de la Facultad de Química y Farmacia y del Centro de Estudios de Señalización Biológica (BIOSS) de la Universidad de Friburgo, ha descubierto cómo funciona exactamente la denominada proteína Shethna II. Los científicos utilizaron el recién creado microscopio crioelectrónico de Friburgo. Sus resultados se han publicado en la revista Nature.
El abono nitrogenado es ecológicamente problemático
El elemento nitrógeno es un componente esencial de todos los organismos vivos; en la agricultura, a menudo se añade como fertilizante para permitir altos rendimientos a largo plazo. Sin embargo, la producción y aplicación de estos fertilizantes es problemática desde el punto de vista energético y medioambiental. Por ello, desde hace años se intenta trasladar a los cultivos la fijación natural del nitrógeno en bacterias y arqueas. La enzima nitrogenasa es la responsable de la fijación del nitrógeno. Uno de los problemas más graves de la transferencia a las plantas es que la nitrogenasa es extremadamente sensible al oxígeno atmosférico, que es producido por las propias plantas durante el proceso de fotosíntesis.
La proteína Shethna II forma un complejo con la enzima nitrogenasa.
Philipp Franke, Simon Freiberger y el Dr. Lin Zhang del equipo dirigido por el Prof. Oliver Einsle han podido demostrar ahora cómo un pequeño factor, la proteína Shethna II, registra un aumento de la concentración de oxígeno. A continuación, forma muy rápidamente un complejo con los dos componentes de la enzima nitrogenasa, que los protege del daño oxidativo. En este proceso, la proteína Shethna II activada se une a la nitrogenasa, mucho más grande, y a su reductasa asociada, formando con ambas proteínas largos filamentos en los que el oxígeno no puede alcanzar los centros activos de la nitrogenasa. En cuanto las células superan este estrés oxidativo, el complejo se disuelve y la enzima puede reanudar su trabajo.
El uso en células vegetales es concebible
Aunque la nitrogenasa se produzca directamente en las células vegetales, es probable que estas breves fases de estrés con concentraciones de oxígeno elevadas se repitan una y otra vez. En el caso del uso biotecnológico, la coproducción de la pequeña proteína Shethna II podría entonces ayudar a proteger las enzimas elaboradamente sintetizadas en su nuevo entorno y mantener su función en la célula vegetal. "La producción de nitrogenasa funcional en plantas iniciaría un cambio de paradigma en la biotecnología verde, y esta pequeña proteína puede contribuir decisivamente a hacerlo posible", afirma Einsle.
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