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Articulo de referencia

nitrato reductasa

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Las nitrato reductasas son molibdoenzimas que reducen el nitrato ( NO₃⁻ ) a nitrito ( NO₂⁻ ). Esta reacción es fundamental para la producción de proteínas en la mayoría de los cultivos, ya que el nitrato es la principal fuente de nitrógeno en los suelos fertilizados . [ 2 ]

Tipos

Eucariota

Las nitrato reductasas eucariotas forman parte de la familia de las sulfito oxidasas , un grupo de molibdoenzimas. Transfieren electrones del NADH o NADPH al nitrato.

Procariota

Las nitrato reductasas procariotas pertenecen a la familia de molibdoenzimas DMSO reductasa y se han clasificado en tres grupos: nitrato reductasas asimilatorias (Nas), nitrato reductasa respiratoria (Nar) y nitrato reductasas periplásmicas (Nap). [ 3 ] El sitio activo de estas enzimas es un ion molibdeno 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 aminoácido y ligandos de oxígeno y/o azufre . En Nap, el molibdeno se une covalentemente a la proteína mediante una cadena lateral de cisteína, y en Nar, mediante una cadena lateral de aspartato. [ 4 ]

Estructura

Las nitrato reductasas procariotas tienen dos tipos principales: nitrato reductasas transmembrana (NAR) y nitrato reductasas 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 protón-motriz . 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 usar 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 homodimérica con cinco dominios conservados en cada monómero: 1) un dominio Mo-MPT que contiene el único cofactor molibdopterina , 2) un dominio de interfaz del 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 a glicofosfatidilinositol que se encuentra en la cara externa de la membrana plasmática. Su función no está clara. [ 10 ]

Mecanismo

En la nitrato reductasa periplásmica procariota, el anión nitrato se une al Mo(IV). La transferencia de oxígeno produce un intermedio oxo de Mo(VI) con liberación de nitrito. La reducción del óxido de molibdeno y la protonólisis eliminan el grupo oxo, regenerando el Mo(IV). [ 11 ]

De forma similar al mecanismo de reducción de nitrato procariota, en la nitrato reductasa eucariota, un átomo de oxígeno del nitrato se une al Mo en estado de oxidación +4, desplazando un ion hidróxido. A continuación, los electrones del orbital d del Mo se invierten, creando un enlace múltiple entre el Mo(VI) y ese oxígeno, expulsando nitrito. El doble enlace del Mo(VI) con el oxígeno se reduce mediante NAD(P)H que pasa a través de la cadena de transporte intramolecular. [ 12 ]

Regulación

La nitrato reductasa (NR) se regula a nivel transcripcional y traduccional, inducida 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 misma enzima. El amoníaco luego ingresa a la vía GS-GOGAT para incorporarse 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, lo que puede tener muchos efectos dañinos para la planta. Por lo tanto, la importancia de regular la actividad de la nitrato reductasa radica en limitar la cantidad de óxido nítrico que se produce.

Inactivación de la nitrato reductasa

La inactivación de la nitrato reductasa consta de múltiples pasos y diversas señales que contribuyen a la inactivación de la enzima. Específicamente en la espinaca, el primer paso de la inactivación de la nitrato reductasa es la fosforilación de la NR en el residuo de serina 543. El último paso es la unión de la proteína adaptadora 14-3-3, proceso que se inicia por la presencia de Mg²⁺ y Ca²⁺ . [ 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 ]

Condiciones anóxicas

Se realizaron estudios para medir la absorción de nitrato y la actividad de la nitrato reductasa en condiciones anóxicas con el fin de determinar si existía una diferencia en el nivel de actividad y la tolerancia a la anoxia. Estos estudios revelaron que la nitrato reductasa, en condiciones anóxicas, mejora la tolerancia de las plantas a una menor aireación. [ 14 ] Este aumento en la actividad de la nitrato reductasa también se relacionó con un incremento en la liberación de nitrito en las raíces. Los resultados de este estudio demostraron que el drástico aumento de la nitrato reductasa en condiciones anóxicas puede atribuirse directamente a que dichas condiciones inducen la disociación de la proteína 14-3-3 de la NR y la desfosforilación de la nitrato reductasa. [ 14 ]

Aplicaciones

La actividad de la nitrato reductasa puede utilizarse como herramienta bioquímica para predecir el rendimiento de grano y la producción de proteína de grano. [ 16 ] [ 17 ]

La nitrato reductasa se puede utilizar para analizar las concentraciones de nitrato en fluidos biológicos. [ 18 ]

La nitrato reductasa promueve la producción de aminoácidos en las hojas de té. [ 19 ] En condiciones del sur de la India, se ha informado 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 de la cosecha. [ 20 ]

Referencias

  1. ↑ PDB : 1Q16 ​;Bertero MG, Rothery RA, Palak M, Hou C, Lim D, Blasco F, Weiner JH, Strynadka NC (septiembre de 2003). "Perspectivas sobre la vía de transferencia de electrones respiratoria a partir de la estructura de la nitrato reductasa A". Nature Structural Biology . 10 (9): 681– 7. doi : 10.1038/nsb969 . PMID 12910261. S2CID 33272416 .  
  2. ↑ Marschner, Petra, ed. (2012). Nutrición mineral de las plantas superiores de Marschner (3.ª ed.). Ámsterdam: Elsevier/Academic Press. pág. 135. ISBN   9780123849052.
  3. ↑ Moreno-Vivián, Conrado Cabello, Purificación Martínez-Luque, Manuel Blasco, Rafael Castillo, Francisco. Reducción de nitrato procariota: propiedades moleculares y distinción funcional entre las nitrato reductasas bacterianas . Sociedad Estadounidense de Microbiología. OCLC 678511191 . {{cite book}}: CS1 maint: varios nombres: lista de autores ( enlace )
  4. ↑ Tavares P, Pereira AS, Moura JJ, Moura I (diciembre de 2006). "Metaloenzimas de la vía de desnitrificación". Journal of Inorganic Biochemistry . 100 (12): 2087– 100. Bibcode : 2006JIBio.100.2087T . doi : 10.1016/j.jinorgbio.2006.09.003 . PMID 17070915 . 
  5. ↑ Kuypers MM, Marchant HK, Kartal B (mayo de 2018). "La red microbiana del ciclo del nitrógeno". Nature Reviews. Microbiology . 16 (5): 263– 276. doi : 10.1038/nrmicro.2018.9 . hdl : 21.11116 / 0000-0003-B828-1 . PMID 29398704. S2CID 3948918 .  
  6. ↑ "Entrada ENZYME: EC 1.7.99.4" . Base de datos de nomenclatura de enzimas ENZYME . Archivado del original el 7 de septiembre de 2008. Consultado el 25 de abril de 2019 .
  7. ↑ Blasco F, Iobbi C, Ratouchniak J, Bonnefoy V, Chippaux M (junio de 1990). "Reductasas de nitrato de Escherichia coli: secuencia de la segunda reductasa de nitrato y comparación con la codificada por el operón narGHJI". Molecular & General Genetics . 222 (1): 104–11 . Bibcode : 1990MolGG.222..104B . doi : 10.1007/BF00283030 . PMID 2233673. S2CID 22797628 .  
  8. ↑ Jones GJ, Morel FM (mayo de 1988). "Actividad redox de Plasmalemma en la diatomea thalassiosira: un posible papel para la nitrato reductasa" . Plant Physiology . 87 (1): 143–7 . Bibcode : 1988PlanP..87..143J . doi : 10.1104/pp.87.1.143 . PMC 1054714. PMID 16666090 .  
  9. ↑ Campbell WH (junio de 1999). "Estructura, función y regulación de la nitrato reductasa: uniendo la brecha entre la bioquímica y la fisiología". Annual Review of Plant Physiology and Plant Molecular Biology . 50 (1): 277– 303. doi : 10.1146/annurev.arplant.50.1.277 . PMID 15012211. S2CID 22029078 .  
  10. ↑ Tischner R (octubre de 2000). "Absorción y reducción de nitratos en plantas superiores e inferiores" . Plant, Cell and Environment . 23 (10): 1005–1024 . Bibcode : 2000PCEnv..23.1005T . doi : 10.1046/j.1365-3040.2000.00595.x .
  11. ↑ Hille, Russ; Hall, James; Basu, Partha (2014). "Las enzimas mononucleares de molibdeno" . Chemical Reviews . 114 (7): 3963– 4038. Bibcode : 2014ChRv..114.3963H . doi : 10.1021/cr400443z . PMC 4080432. PMID 24467397 .  
  12. ↑ Fischer K, Barbier GG, Hecht HJ, Mendel RR, Campbell WH, Schwarz G (abril de 2005). "Base estructural de la reducción de nitrato eucariota: estructuras cristalinas del sitio activo de la nitrato reductasa" . The Plant Cell . 17 (4): 1167–79 . Bibcode : 2005PlanC..17.1167F . doi : 10.1105/tpc.104.029694 . PMC 1087994. PMID 15772287 .  
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  14. 1 2 3 Allègre A, Silvestre J, Morard P, Kallerhoff J, Pinelli E (diciembre de 2004). "Regulación de la nitrato reductasa en raíces de tomate por nitrato exógeno: un posible papel en la tolerancia a la anoxia radicular a largo plazo" (PDF) . Journal of Experimental Botany . 55 (408): 2625–34 . doi : 10.1093/jxb/erh258 . PMID 15475378 . 
  15. ↑ Wang Y, Bouchard JN, Coyne KJ (septiembre de 2018). "Expresión de nuevos genes de nitrato reductasa en el alga nociva Chattonella subsalsa" . Scientific Reports . 8 (1) 13417. Bibcode : 2018NatSR...813417W . doi : 10.1038/s41598-018-31735-5 . PMC 6128913. PMID 30194416 .  
  16. ↑ Croy LI, Hageman RH (1970). "Relación de la actividad de la nitrato reductasa con la producción de proteína de grano en trigo". Crop Science . 10 (3): 280– 285. Bibcode : 1970CrSci..10..280C . doi : 10.2135/cropsci1970.0011183X001000030021x .
  17. ↑ Dalling MJ, Loyn RH (1977). "Nivel de actividad de la nitrato reductasa en la etapa de plántula como predictor del rendimiento de nitrógeno en grano en trigo (Triticum aestivum L.)". Australian Journal of Agricultural Research . 28 (1): 1– 4. Bibcode : 1977AuJAR..28....1D . doi : 10.1071/AR9770001 .
  18. ↑ Mori, Hisakazu (2001). "Determinación de nitrato en fluidos biológicos mediante nitrato reductasa en un sistema de flujo" . Journal of Health Science . 47 (1): 65– 67. doi : 10.1248/jhs.47.65 . ISSN 1344-9702 . 
  19. ↑ Ruan J, Wu X, Ye Y, Härdter R (1988). "Efecto del potasio, magnesio y azufre aplicados en diferentes formas de fertilizantes sobre el contenido de aminoácidos libres en hojas de té (Camellia sinensis L". J. Sci. Food Agric . 76 (3): 389– 396. doi : 10.1002/(SICI)1097-0010(199803)76:3 < 389::AID-JSFA963 > 3.0.CO ; 2-X .
  20. ↑ Venkatesan S (noviembre de 2005). "Impacto del genotipo y las aplicaciones de micronutrientes en la actividad de la nitrato reductasa de las hojas de té". J. Sci. Food Agric . 85 (3): 513– 516. Bibcode : 2005JSFA...85..513V . doi : 10.1002/jsfa.1986 .
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