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Hidrolasa de sulfuro de carbonilo

La hidrolasa de sulfuro de carbonilo ( EC 3.13.1.7; abreviada como COSasa ) es una enzima que degrada el sulfuro de carbonilo (COS) a sulfuro de hidrógeno (H 2 S) y dióxido de carbono (CO 2 ). Aislada de la bacteria Thiobacillus thioparus , el potencial de la COSasa reduciría el alto efecto de calentamiento global del COS y cambiaría la química del ozono, porque el COS es la fuente de azufre en la troposfera. [1] [2] [3]

Etimología

Al ser una hidrolasa, que es una enzima que utiliza agua para romper enlaces químicos, el nombre sugiere que dentro del mecanismo hay moléculas de agua que están involucradas en diseminar moléculas dentro de la reacción. El propio nombre al descomponerse significa que es una enzima que descompone el sulfuro de carbonilo.

Historia

La COSasa se aisló, caracterizó y se determinó la estructura de la bacteria Thiobacillus thioparus . En la búsqueda de un método químico para descomponer la COS de manera más eficiente que los métodos biológicamente establecidos que emplean el entorno del suelo para las enzimas de degradación. Estas enzimas son la anhidrasa carbónica , la hidrolasa de disulfuro carbónico, la nitrogenasa , la monóxido de carbono y la RuBisCO . [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12] Las enzimas enumeradas tienen un uso limitado debido a sus especificidades y entornos óptimos, por lo que se investiga el desarrollo químico de una enzima única para catalizar la degradación de COS. - Thiobacillus thioparus es una bacteria que se encuentra tanto en el suelo como en el agua dulce y es conocida por sus propiedades oxidantes de azufre. La cepa utilizada para crear la COSasa es THI11, que originalmente se aisló como un microorganismo degradador de tiocianato. [13] La enzima se encontró al someter el extracto de la cepa THI115 de T. thioparus a cromatografía en columna para purificarlo y a ICP-MS para deducir la estructura. [1]

Estructura

Utilizando electroforesis en gel de poliacrilamida-dodecil sulfato de sodio, se encontró una masa molecular de subunidad de 27 kDa. [1] Después de probar la expresión en E. coli, la masa molecular real de ~94 kDa se encontró mediante SEC-MALS . [1] La ICP-MS muestra que hay un ion de zinc por subunidad. [1] Secuencia de 35 aminoácidos encontrada en el N-terminal: MEKSNTDALLENNRLYAGGQATHRPGHPGMQPIQP. [1] Hay cinco hebras (β1−β5) que forman el núcleo de la lámina β y cuatro hélices α (α1, α2, α3 y α6) en su flanco, con dos hélices adicionales (α4 y α5) que sobresalen de su núcleo. Se organizan en pares de homodímeros para formar láminas β de diez hebras. [1] Entre dos subunidades de un homodímero se encuentra el sitio catalítico. Cys44, His97, Cys 100 y una molécula de agua se coordinan con un ion de zinc, con una molécula de tiocianato en el bolsillo del sitio catalítico. [1]

Función

La COSasa es responsable de la degradación de COS a H 2 S y CO 2 en el segundo paso de la asimilación de SCN . Hidroliza COS con cierta especificidad en un amplio rango de concentraciones tanto in vivo como in vitro . [1]

Mecanismo

La hidrolasa de tiocianato (SCNasa) presente en THI115 inicia la formación enzimática de tiocianato (SCN − ). La SCNasa hidroliza el SCN − a amoníaco y COS. El COS que resulta de la hidrólisis se metaboliza para formar sulfuro de hidrógeno (H 2 S) que se oxida a sulfato para producir energía. [14] [15] [16] [17] [18]

Los iones de hidróxido y zinc realizan un ataque nucleofílico sobre el carbono en la molécula de COS, lo que crea un intermediario con zinc unido al oxígeno del hidróxido y al azufre de la molécula de COS. Luego, el oxígeno se libera del zinc y forma CO2 . El agua del solvente interactúa con el ion azufre-zinc y regenera el sitio activo y libera H2S. [ 1 ]

Inhibidor de la hidrolasa de sulfuro de carbonilo

La COSasa es inhibida débilmente por SCN − . [1]

Referencias

  1. ^ abcdefghijk Ogawa T, Noguchi K, Saito M, Nagahata Y, Kato H, Ohtaki A, et al. (Marzo de 2013). "La carbonilsulfuro hidrolasa de la cepa THI115 de Thiobacillus thioparus es una de las enzimas de la familia de la β-anhidrasa carbónica". Revista de la Sociedad Química Estadounidense . 135 (10): 3818–25. doi :10.1021/ja307735e. PMID  23406161.
  2. ^ Chin M, Davis DD (1995). "Un reanálisis del sulfuro de carbonilo como fuente de aerosol de azufre estratosférico de fondo". Journal of Geophysical Research . 100 (D5): 8993. Bibcode :1995JGR...100.8993C. doi :10.1029/95JD00275.
  3. ^ Andreae MO (16 de mayo de 1997). "Aerosoles atmosféricos: fuentes biogeoquímicas y papel en la química atmosférica". Science . 276 (5315): 1052–1058. doi :10.1126/science.276.5315.1052.
  4. ^ Supuran CT (febrero de 2008). "Anhidrasas carbónicas: nuevas aplicaciones terapéuticas para inhibidores y activadores". Nature Reviews. Drug Discovery . 7 (2): 168–81. doi :10.1038/nrd2467. PMID  18167490. S2CID  3833178.
  5. ^ Seefeldt LC, Rasche ME, Ensign SA (abril de 1995). "Sulfuro de carbonilo y dióxido de carbono como nuevos sustratos, y disulfuro de carbono como un nuevo inhibidor de la nitrogenasa". Bioquímica . 34 (16): 5382–9. doi :10.1021/bi00016a009. PMID  7727396.
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  7. ^ Miller AG, Espie GS, Canvin DT (julio de 1989). "Uso de oxisulfuro de carbono, un análogo estructural de CO(2), para estudiar el transporte activo de CO(2) en la cianobacteria Synechococcus UTEX 625". Fisiología vegetal . 90 (3): 1221–31. doi :10.1104/pp.90.3.1221. PMC 1061868 . PMID  16666875. 
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  10. ^ Ensign SA (abril de 1995). "Reactividad de la deshidrogenasa de monóxido de carbono de Rhodospirillum rubrum con dióxido de carbono, sulfuro de carbonilo y disulfuro de carbono". Bioquímica . 34 (16): 5372–8. doi :10.1021/bi00016a008. PMID  7727395.
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  16. ^ Sun W, Kooijmans LM, Maseyk K, Chen H, Mammarella I, Vesala T, Levula J, Keskinen H, Seibt U (1 de febrero de 2018). "Flujos de sulfuro de carbonilo (COS), monóxido de carbono y dióxido de carbono en el suelo en un bosque boreal en el sur de Finlandia". Química atmosférica y física . 18 (2): 1363–1378. Código Bibliográfico :2018ACP....18.1363S. doi : 10.5194/acp-18-1363-2018 .
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  18. ^ Zhao S, Yi H, Tang X, Kang D, Yu Q, Gao F, Wang J, Huang Y, Yang Z (1 de febrero de 2018). "Mecanismo de mejora de la actividad de los materiales derivados de hidrotalcita a base de Ni en la eliminación de sulfuro de carbonilo". Química y física de materiales . 205 : 35–43. doi :10.1016/j.matchemphys.2017.11.002.

Lectura adicional