Las nitrato reductasas son molibdenoenzimas que reducen el nitrato ( NO−
3) a nitrito ( NO−
2). Esta reacción es fundamental para la producción de proteínas en la mayoría de las plantas de cultivo, ya que el nitrato es la fuente predominante de nitrógeno en los suelos fertilizados. [2]
Las nitrato reductasas eucariotas forman parte de la familia de las sulfito oxidasas de las molibdenoenzimas. Transfieren electrones del NADH o NADPH al nitrato.
Las nitrato reductasas procariotas pertenecen a la familia DMSO reductasa de las molibdoenzimas y se han clasificado en tres grupos: nitrato reductasas asimilatorias (Nas), nitrato reductasas respiratorias (Nar) y nitrato reductasas periplásmicas (Nap). [3] El sitio activo de estas enzimas es un ion molibdeno que está unido a los cuatro grupos funcionales tiolato de dos moléculas de pterina . La esfera de coordinación del ion molibdeno se completa con una cadena lateral de aminoácidos y ligandos de oxígeno y/o azufre . En Nap, el molibdeno está unido covalentemente a la proteína por una cadena lateral de cisteína y una cadena lateral de aspartato en Nar. [4]
Las reductasas de nitrato procariotas tienen dos tipos principales: las reductasas de nitrato transmembrana (NAR) y las reductasas de nitrato periplásmicas (NAP). Las NAR permiten la translocación de protones a través de la membrana celular y pueden contribuir a la generación de ATP mediante la fuerza motriz de protones . Las NAP no pueden hacerlo. [5]
La nitrato reductasa respiratoria transmembrana [6] está compuesta por tres subunidades: una alfa, una beta y dos gamma. Puede sustituir a la enzima NRA en Escherichia coli , lo que le permite utilizar el nitrato como aceptor de electrones para la respiración anaeróbica. [7] Se ha descubierto una nitrato reductasa transmembrana que puede funcionar como una bomba de protones (similar al caso de la respiración anaeróbica ) en la diatomea Thalassiosira weissflogii . [8]
La nitrato reductasa de plantas superiores, algas y hongos es una proteína citosólica homodímera con cinco dominios conservados en cada monómero: 1) un dominio Mo-MPT que contiene el cofactor único molibdopterina , 2) un dominio de interfaz de dímero, 3) un dominio de citocromo b y 4) un dominio de unión a NADH que se combina con 5) un dominio de unión a FAD para formar el fragmento de citocromo b reductasa. [9] Existe una variante anclada en el glicofosfatidilinositol que se encuentra en la cara externa de la membrana plasmática. Su función no está clara. [10] [ ¿Necesita actualización? ]
En la nitrato reductasa periplásmica procariota, el anión nitrato se une a Mo(IV). La transferencia de oxígeno produce un intermediario oxo Mo(VI) con liberación de nitrito. La reducción del óxido de Mo y la protonólisis eliminan el grupo oxo, regenerando Mo(IV). [11]
De manera similar al mecanismo de reducción de nitrato procariota, en la nitrato reductasa eucariota, un oxígeno en el nitrato se une a Mo en el estado de oxidación (IV), desplazando un ion hidróxido. Luego, los electrones del orbital d de Mo se dan vuelta, creando un enlace múltiple entre Mo(VI) y ese oxígeno, expulsando nitrito. El doble enlace de Mo(VI) al oxígeno se reduce por NAD(P)H que pasa a través de la cadena de transporte intramolecular. [12]
La nitrato reductasa (NR) se regula a nivel transcripcional y traduccional inducido por la luz, el nitrato y posiblemente un mecanismo de retroalimentación negativa. Primero, la asimilación de nitrato se inicia con la absorción de nitrato del sistema radicular, que se reduce a nitrito por la nitrato reductasa y luego el nitrito se reduce a amoníaco por la nitrito reductasa. El amoníaco luego pasa a la vía GS-GOGAT para ser incorporado a los aminoácidos. [13] Cuando la planta está bajo estrés, en lugar de reducir el nitrato a través de la NR para incorporarlo a los aminoácidos, el nitrato se reduce a óxido nítrico que puede tener muchos efectos dañinos en la planta. Por lo tanto, la importancia de regular la actividad de la nitrato reductasa es limitar la cantidad de óxido nítrico que se produce.
La inactivación de la nitrato reductasa tiene muchos pasos y muchas señales diferentes que ayudan en la inactivación de la enzima. Específicamente en la espinaca, el primer paso de la inactivación de la nitrato reductasa es la fosforilación de NR en el residuo de serina 543. El último paso de la inactivación de la nitrato reductasa es la unión de la proteína adaptadora 14-3-3, que se inicia por la presencia de Mg 2+ y Ca 2+ . [14] Las plantas superiores y algunas algas regulan postraduccionalmente la NR mediante la fosforilación de residuos de serina y la posterior unión de una proteína 14-3-3. [15]
Se realizaron estudios para medir la absorción de nitrato y la actividad de la nitrato reductasa en condiciones anóxicas para ver si había una diferencia en el nivel de actividad y la tolerancia a la anoxia. Estos estudios encontraron que la nitrato reductasa, en condiciones anóxicas, mejora la tolerancia de las plantas a estar menos aireadas. [14] Este aumento de la actividad de la nitrato reductasa también se relacionó con un aumento en la liberación de nitrito en las raíces. Los resultados de este estudio mostraron que el aumento dramático de la nitrato reductasa en condiciones anóxicas puede atribuirse directamente a las condiciones anóxicas que inducen la disociación de la proteína 14-3-3 del NR y la desfosforilación de la nitrato reductasa. [14]
La actividad de la nitrato reductasa se puede utilizar como una herramienta bioquímica para predecir el rendimiento del grano y la producción de proteínas del grano. [16] [17]
La nitrato reductasa se puede utilizar para analizar las concentraciones de nitrato en biofluidos. [18]
La nitrato reductasa promueve la producción de aminoácidos en las hojas de té. [19] En las condiciones del sur de la India, se informa que las plantas de té rociadas con varios micronutrientes (como Zn, Mn y B) junto con Mo mejoraron el contenido de aminoácidos de los brotes de té y también el rendimiento del cultivo. [20]
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