La mercurio (II) reductasa ( EC 1.16.1.1), comúnmente conocida como MerA, es una enzima oxidorreductasa y flavoproteína que cataliza la reducción de Hg 2+ a Hg 0 . La mercurio (II) reductasa se encuentra en el citoplasma de muchas eubacterias [1] en entornos tanto aeróbicos como anaeróbicos [2] y sirve para convertir iones de mercurio tóxicos en mercurio elemental relativamente inerte .
La reductasa de mercurio (II), conocida comúnmente como MerA, está codificada en un gen estructural que se encuentra en los loci mer o como transposón 501 (Tn501). [3] Comparte la misma región promotora que las proteínas de la clase de transporte de mercurio , como MerP y MerT, y el factor regulador MerD. [1] La transcripción de MerA está regulada tanto por MerR como por MerD. [1]
Los iones de mercurio libres pueden unirse a las metaloproteínas , en particular a aquellas con residuos de cisteína , y pueden causar conformaciones incorrectas que resulten en pérdida de función. Esto puede causar la muerte en muchas bacterias, al igual que muchos otros metales pesados, y por lo tanto, necesita ser eliminado de la célula o transformado en una forma químicamente inerte. La reductasa de mercurio (II) toma Hg 2+ y cataliza su reducción a Hg 0 que luego se libera de la célula como vapor. El mercurio en su forma elemental no tiene la capacidad de formar complejos estables con residuos de aminoácidos en las proteínas, por lo que es menos peligroso que su forma iónica.
Hg 2+ + NADPH → Hg 0 + H + + NADP +
1. Hg 2+ + 2Cys-S − → Cis-S-Hg-S-Cys
2. FAD + NADPH → FADH − + NADP +
3. Cis-S-Hg-S-Cys + FADH − → H + + Hg 0 + FAD + 2Cys-S −
Los sustratos utilizados en la reductasa mercúrica (II), como se muestra arriba, son Hg 2+ y NADPH . En el sitio activo catalítico de la enzima, Hg 2+ se mantiene como un complejo con dos tiolatos de cisteína en una geometría lineal . [4] El NADPH del citoplasma de la célula experimenta una transferencia de hidruro con un FAD incrustado formando FADH − . [4] El FADH − resultante luego reduce Hg 2+ en Hg 0 , a su vez se oxida nuevamente en FAD. [4] Después de la reducción, el mercurio se libera de la enzima como un vapor volátil.
La reductasa de mercurio (II) no puede reducir por completo los compuestos organomercúricos como el metilmercurio . Por lo tanto, MerB escinde los enlaces carbono-mercurio mediante protonólisis y forma un complejo de ditiolato de mercurio, sobre el cual MerB transporta el mercurio directamente a MerA para su reducción. [5]
La forma activa de la mercurio (II) reductasa se encuentra como un homodímero . [4] Tiene una conformación cuaternaria y el monómero está compuesto de dos dominios . [4]
Uno de los dominios de la reductasa mercúrica, NmerA, tiene un pliegue estructural de βαββαβ. [6] Está unido al sitio activo a través de enlaces compuestos por alrededor de 30 aminoácidos. [6] NmerA contiene dos residuos de cisteína que funcionan en la adquisición de Hg 2+ de otras proteínas o ligandos inorgánicos como MerT y el transporte directo al sitio activo catalítico de MerA. [7] Se ha descubierto que muy pocas reductasas mercúricas (II) carecen del dominio NmerA. [6]
El sitio activo de MerA consta de cuatro residuos de cisteína, un FAD y un residuo de tirosina . Cuando se une a un Hg 2+ , se forma un complejo con al menos dos tiolatos de cisteína en cualquier momento hasta su liberación. [4] Dos residuos de cisteína (Cys-136 y Cys-141) están enterrados dentro de la proteína y los otros dos residuos de cisteína (Cys-558' y Cys-559') se encuentran cerca de la superficie cerca del extremo C. [4] Los residuos de cisteína enterrados funcionan como el sitio de catálisis, mientras que los residuos de cisteína de la superficie funcionan como transporte al sitio de catálisis. [4]
Durante la transferencia de Hg 2+ al sitio activo catalítico desde los residuos de cisteína del extremo C, se forma un intermediario trigonal planar estabilizado por la unión de hidrógeno de una molécula de agua a los tiolatos. [4] La molécula de agua se mantiene en su lugar mediante la unión de hidrógeno del grupo hidroxilo de un residuo de tirosina cercano (Tyr-194). [4]
Varias proteínas ayudan a transportar mercurio a la reductasa de mercurio (II). MerP, una proteína de transporte de mercurio periplásmica que se encuentra en las bacterias gram negativas , transporta mercurio a través de la membrana externa hacia la membrana interna, donde retiene el mercurio para que otra proteína se una a él y lo transporte a la reductasa de mercurio (II). [1] MerT, una proteína unida a la membrana que se encuentra tanto en bacterias gram negativas como gram positivas , se une al mercurio que flota libremente. [1] La reductasa de mercurio (II) puede tomar mercurio directamente de MerT y MerP. [1]
Cuando el mercurio entra en la célula y no está unido a una proteína de membrana, la reductasa de mercurio (II) puede transportarlo a su sitio activo por sí sola dependiendo del tamaño de sus ligandos . [8] Si los ligandos unidos al mercurio son grandes, la reductasa de mercurio (II) utiliza los residuos de cisteína del extremo C para transportar el mercurio a su sitio activo. [8] Si los ligandos son pequeños, el mercurio puede ir directamente al sitio activo para su reducción. [8] Los ligandos pueden ser eliminados por el dominio NmerA. [8]
En el caso de los compuestos organomercúricos, MerB rompe los enlaces Hg-C y transporta el Hg a la reductasa mercúrica (II). [5]
Cuando no está unida a Hg 2+ , la reductasa de mercurio (II) actúa como una oxidasa creando peróxido de hidrógeno tóxico . [1] Por lo tanto, el exceso de la enzima puede provocar la muerte bacteriana. Las bacterias desarrollaron dos proteínas reguladoras, MerR y MerD, para la reductasa de mercurio (II). [1] Hay dos regiones promotoras en los loci mer: la primera región codifica la proteína reguladora MerR, y la segunda región codifica los genes mer estructurales y el gen para la proteína reguladora MerD. Ambas regiones promotoras se superponen. [1]
MerR se une a un operador en el promotor del gen mer estructural llamado MerO. [1] Esta unión hace que el ADN de los loci mer se doble hasta donde la ARN polimerasa no puede leer la región. Sin embargo, Hg 2+ puede unirse a MerR y cambiar alostéricamente la forma del ADN, de modo que la ARN polimerasa puede leer la región promotora de los genes estructurales. [1] Dado que ambas regiones promotoras se superponen cuando apoMerR se une a MerO, el cambio en la conformación del ADN hace que no se lean ni los genes estructurales ni los genes reguladores. Esto hace que MerR sea un autorregulador negativo . [1]
MerR forma un complejo trigonal planar estable con Hg 2+ , lo que hace que se libere mucho más tarde que cuando la reductasa de mercurio (II) ha reducido todo el Hg 2+ libre en el citoplasma. [1] Por lo tanto, provoca un exceso en la producción de reductasa de mercurio (II). Para evitar este problema, MerD también se une a MerO para actuar de forma antagónica al MerR unido a Hg 2+ . [1] MerD se produce cuando MerR está activo con Hg 2+ ya que MerD está codificado en los genes mer estructurales.
En los procedimientos de tratamiento de aguas residuales , a veces se elimina el mercurio del agua haciéndola fluir a través de una biopelícula rica en bacterias que contienen mercurio (II) reductasa. [1]
