Proteína protege a fixação biológica de azoto do stress do oxigénio
A proteína sensor de oxigénio poderá ajudar a tornar a nitrogenase utilizável em biotecnologia, poupando assim nos fertilizantes sintéticos
Um pequeno ajudante para grandes tarefas: Uma proteína sensor de oxigénio protege a maquinaria enzimática da fixação biológica de azoto de danos graves. A sua utilização na biotecnologia poderá ajudar a reduzir, no futuro, a utilização de fertilizantes sintéticos na agricultura. Uma equipa de investigação da Universidade de Friburgo, liderada pelo bioquímico Prof. Dr. Oliver Einsle, da Faculdade de Química e Farmácia e do Centro de Estudos de Sinalização Biológica (BIOSS), descobriu exatamente como funciona a chamada proteína Shethna II. Os cientistas utilizaram a microscopia crioelectrónica, uma técnica recentemente estabelecida em Freiburg. Os seus resultados foram publicados na revista Nature.
Os fertilizantes azotados são ecologicamente problemáticos
O elemento azoto é um componente indispensável de todos os organismos vivos; na agricultura, é frequentemente adicionado como fertilizante para permitir rendimentos elevados a longo prazo. No entanto, a produção e aplicação destes fertilizantes é energética e ecologicamente problemática. Por isso, há anos que se tenta transferir para as culturas a fixação natural do azoto em bactérias e archaea. A ligação do azoto é realizada pela enzima nitrogenase. Um dos problemas mais graves da transferência para as plantas é que a nitrogenase é extremamente sensível ao oxigénio da atmosfera - que é produzido pelas próprias plantas no processo de fotossíntese.
A proteína Shethna II forma um complexo com a enzima nitrogenase
Philipp Franke, Simon Freiberger e o Dr. Lin Zhang da equipa do Prof. Oliver Einsle conseguiram agora mostrar como um pequeno fator, a proteína shethna II, regista um aumento da concentração de oxigénio. Em seguida, forma muito rapidamente um complexo com os dois componentes da enzima nitrogenase, que os protege dos danos oxidativos. Após a ativação, a proteína shethna II liga-se à nitrogenase, de maiores dimensões, e à redutase que lhe está associada, formando longos filamentos com ambas as proteínas, nos quais o oxigénio não consegue atingir os centros activos da nitrogenase. Assim que as células ultrapassam este stress de oxigénio, o complexo dissolve-se e a enzima pode retomar o seu trabalho.
Utilização concebível nas células vegetais
Mesmo que a nitrogenase seja produzida diretamente nas células vegetais, é de esperar que estas curtas fases de stress com concentrações elevadas de oxigénio ocorram repetidamente. Numa aplicação biotecnológica, a coprodução da pequena proteína Shethna II poderia então ajudar a proteger as enzimas elaboradamente sintetizadas no seu novo ambiente e manter a sua função para a célula vegetal. "A produção de nitrogenase funcional nas plantas daria início a uma mudança de paradigma na biotecnologia verde, e esta pequena proteína pode contribuir decisivamente para que isso seja possível", diz Einsle.
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