La nitrito reductasa se refiere a cualquiera de las diversas clases de enzimas que catalizan la reducción del nitrito . Hay dos clases de NIR. Una enzima multihemo reduce el NO 2 − a una variedad de productos. Las enzimas que contienen cobre realizan una transferencia de un solo electrón para producir óxido nítrico . [1]
Existen varios tipos de enzimas basadas en hierro. La citocromo cd 1 , o citocromo oxidasa de Pseudomonas, contiene dos hemo de tipo c y dos de tipo d con dos cadenas polipeptídicas . Diferentes formas de esta reductasa catalizan la formación de óxido nítrico u óxido nitroso . [2] [3] Una versión de este compuesto se llamó originalmente [Ferrocitocromo c-551: oxidorreductasa ]. Inicialmente se consideró una oxidasa. Cataliza la reducción de NO 2 − a NO. Esta enzima tetrahema tiene dos subunidades , cada una de las cuales contiene un hemo de tipo c y un hemo de tipo d. Los hemo d reducidos se unen al nitrito y lo convierten en producto. [4]
La citocromo c nitrito reductasa (ccNIR) es una enzima multihema que convierte el nitrito en amoníaco en cada sitio activo. El hierro del sitio activo está unido a un anillo de protoporfirina IX que está unido covalentemente a las proteínas de la enzima.
La proteína ccNIR utiliza seis electrones y siete hidrógenos para reducir el nitrito a amoníaco. [3] El sitio activo de la enzima contiene un hierro en un estado de oxidación +2 . El nivel de oxidación permite que el nitrito se una con más fuerza que al estado +3 debido al aumento del retroenlace pi . Este efecto electrónico transfiere la densidad electrónica al orbital antienlazante del nitrito entre el nitrógeno y el oxígeno . La ocupación del LUMO disminuye la fuerza del enlace NO. Un segundo efecto electrónico es el enlace de hidrógeno de ambos oxígenos a los aminoácidos cercanos . Estos ácidos suelen ser arginina e histidina . Las interacciones alargan los enlaces NO y facilitan la escisión de un oxígeno del nitrógeno.
El enlace Fe-NO es lineal y tiene seis electrones de valencia compartidos . Este no es un estado estable para un enlace Fe-NO. Sin embargo, una configuración de siete electrones doblada es demasiado estable para experimentar una reacción adicional sin un aporte considerable de energía. Para compensar esta barrera, dos reducciones rápidas y consecutivas de un solo electrón forman un complejo de ocho electrones. La transferencia de electrones ocurre antes de un cambio en la geometría de una geometría lineal a una doblada.
Dos protonaciones del nitrógeno aumentan la distancia del enlace NO. El intermedio resultante es una hidroxilamina . Una protonación adicional de la hidroxilamina provoca la ruptura del enlace NO para formar agua. La oxidación del hierro de Fe (II) a Fe (III) , junto con una protonación adicional del nitrógeno, provoca la liberación de amoníaco.
Hasta la fecha, se han descubierto varios tipos de nitrito reductasas de cobre. [2] Estas CuNIR se encuentran en muchos hongos y bacterias diferentes; por ejemplo, los géneros bacterianos Pseudomonas , Bordetella , Alcaligenes y Achromobacter contienen CuNIR. [5] Lo que es común a todas las CuNIR es la presencia de al menos un centro de cobre de tipo 1 en la proteína. Estos centros son similares a la azurina en su estructura de enlace. Cada Cu de tipo 1 está fuertemente unido a un azufre de tiolato de una cisteína , dos nitrógenos de imidazol de diferentes residuos de histidina y un átomo de azufre de un ligando axial de metionina . Esto induce una geometría molecular tetraédrica distorsionada . [3]
La cisteína ligada al centro Cu tipo 1 se encuentra directamente al lado de una histidina en la estructura primaria de los aminoácidos. Esta histidina está unida al centro Cu tipo 2, responsable de la unión y reducción del nitrito. Este puente Cys-His desempeña un papel importante al facilitar la transferencia rápida de electrones desde el centro tipo 1 al tipo 2. [6]
El centro de cobre de tipo 2 de una nitrito reductasa de cobre es el sitio activo de la enzima. El Cu está unido por nitrógenos de dos histidinas de un monómero y unido por una histidina de otro monómero; el puente Cys-His al Cu de tipo 1. Esto le da a la molécula una geometría tetraédrica distorsionada. En el estado de reposo, el Cu también se une a una molécula de agua que es desplazada por el nitrito. [7]
A medida que el nitrito desplaza al agua, el Cu se une a ambos oxígenos de manera bidentada. Un residuo de ácido aspártico cercano se une por enlaces de hidrógeno a uno de los ligandos de oxígeno recién formados . Un electrón entrante reduce el Cu del estado de oxidación (II) al (I). Este cambio facilita un cambio en la unión del nitrito de modo que el nitrógeno se une al Cu y un oxígeno tiene una longitud de enlace extendida debido al enlace de hidrógeno. Se forma un segundo enlace de hidrógeno a partir de la histidina o una molécula de agua cercana y conduce a la escisión del enlace NO. El Cu ahora está unido por cinco coordenadas al óxido nítrico y al agua. El óxido nítrico se libera a medida que el Cu se oxida al estado (II) y vuelve a la configuración de reposo. [8]
La nitrato reductasa asimiladora es una enzima del metabolismo asimilativo que participa en la reducción del nitrato a nitrito . El nitrito se reduce inmediatamente a amoníaco (probablemente a través de la hidroxilamina ) por la actividad de la nitrito reductasa.
El término asimilable se refiere a que el producto de la actividad enzimática permanece en el organismo. En este caso, se trata del amoniaco, que tiene un efecto inhibidor sobre la nitrato reductasa asimilable, garantizando así que el organismo produzca el amoniaco en función de sus necesidades.
