7.11: Informe sobre la Estructura Cristalina de Nitrogenasa\(\;^{378-381}\)

Se ha producido un avance significativo en el análisis cristalográfico de la proteína hierro-molibdeno de la nitrogenasa. La distribución global de los racimos metálicos en la proteína se muestra en la Figura 7.40. La distancia entre las dos unidades de FemoCo es totalmente consistente con cada cofactor que actúa como un sitio activo independiente. Por otro lado, la cercanía del grupo P y los centros FemoCo en cada unidad es indicativa de su probable cooperación en la reacción de fijación de N ₂.

Figura 7.40 - Una representación esquemática de la disposición espacial de los cúmulos de azufre metálicos unidos a Cpl según lo determinado por los estudios de dispersión anómala de rayos X descritos en el texto. La representación del cúmulo grande “8-Fe” con un símbolo P indica solo que debe contener los átomos de Fe normalmente asignados a los grupos P.

La estructura propuesta del grupo P, mostrada en la Figura 7.41, involucra una unidad de doble cubaneo doblemente puenteada que consiste en un clúster Fe _{4 S 4} normalmente unido con todos los ligandos de cisteína y un grupo Fe ₄ S ₄ que contiene un ligando inusual de cisteína/serina (S/O) en una de sus dos posiciones Fe no puenteadas. Dicho hierro de cinco coordenadas en un racimo de Fe ₄ S ₄ no es inédito. ¹³⁸ Los dos grupos de Fe _{4 S 4} están dispuestos para producir una disposición de cara compartida con dos ligandos de cisteína que unen los dos conjuntos de átomos de Fe. Una característica interesante de la estructura es una unidad disulfuro que une los dos conglomerados; esta unidad potencialmente podría ser redox activa durante el recambio de nitrogenasa.

Figura 7.41 - Par de racimo P propuesto en proteína FeMo de A. vinelandii.

Lo más llamativo de los nuevos resultados es la estructura propuesta de FemoCo que se muestra en la Figura 7.42. El núcleo del grupo de la composición Fe ₇ MoS ₈ puede verse como dos mitades puenteadas por dos iones ^S2- y un ligando desconocido (designado Y en la figura). La mitad del núcleo MoFe _{3 S 3} tiene la forma de un fragmento de tiocubano que le falta un ión\(\mu_{3}\) -S ^2-. El Mo es de seis coordenadas; los ligandos son tres iones\(\mu_{2}\) -S ^2-, que se unen a los tres iones Fe, un nitrógeno\(\alpha\) -His-442, y dos donantes de oxígeno (el hidroxilo y el carboxilato central) del ligando homocitrato. Curiosamente, la segunda mitad de FemoCo es un fragmento similar de tiocubano, Fe ₄ S ₃, que también le falta un ion\(\mu_{3}\) -S ^2-. Esta unidad tiene un solo ligando no nuclear,\(\alpha\) -Cys-275, que está unido al átomo de Fe terminal del cúmulo. Los dos fragmentos de tiocubanes (MoFe ₃ S ₃ y Fe ₄ S ₃) están puenteados por tres ligandos en un modo de compartir la cara con las dos caras de Fe ₃ eclipsadas una con respecto a la otra. Los ocho iones metálicos presentan una disposición prismática trigonal bis (terminalmente) con tres puentes en los bordes del prisma, que conectan los dos fragmentos de tiocubano. Los dos puentes de sulfuro entre las mitades de tiocubano están claramente definidos en la estructura, pero el tercer puente no lo está, lo que sugiere la posibilidad de que este sea de hecho parte del sitio de unión a N ₂. Curiosamente,\(\alpha\) -His-195, identificado como esencial para la fijación de N ₂ por mutagénesis y estudios de ESEEM, no parece estar unido covalentemente, aunque está cerca de la unidad FemoCO.

Figura 7.42 - Propuesta de agrupación de cofactores en la proteína FeMo de A. vinelandii.

Claramente, esta estructura no es la misma que ninguna de las propuestas anteriormente (Figura 7.31), aunque sí posee muchas características que se identificaron en estudios modelo. Si bien es tentador especular que el puente central del cúmulo (el ligando Y) es el sitio de reducción de N ₂, esto no está establecido de ninguna manera en la actualidad. La definición estructural de las proteínas nitrogenasa está progresando ahora a un ritmo rápido. Muchas de las mediciones físicas tendrán que ser reexaminadas a la luz de los nuevos datos. A través de la experimentación con métodos físicos, mutagénesis y estudios cinéticos/mecanicistas, se debe obtener mucha más información sobre el papel del ATP, la activación del hidrógeno y la unión, activación y reducción de N ₂ y otros sustratos de nitrogenasa.