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deshalogenasas reductivas

Las deshalogenasas reductivas ( EC 1.97.1.8) son un grupo de enzimas utilizadas en bacterias que respiran organohaluros . [ 1 ] [ 2 ] Estas enzimas se encuentran principalmente ...

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Las deshalogenasas reductivas ( EC 1.97.1.8) son un grupo de enzimas utilizadas en bacterias que respiran organohaluros . [ 1 ] [ 2 ] Estas enzimas se encuentran principalmente unidas al lado periplásmico de la membrana citoplasmática y desempeñan un papel fundamental en el proceso respiratorio de conservación de energía para las bacterias que respiran organohaluros, mediante la reducción de estos compuestos. Durante dicha reacción de deshalogenación reductiva, los organohaluros se utilizan como aceptores terminales de electrones . Catalizan las siguientes reacciones generales:

RX + 2 mi − + 2 H + → RH + HX          
X-RR-X + 2 e − + 2 H + → R=R + 2X −

Estas enzimas asociadas a la membrana han despertado gran interés para la desintoxicación de contaminantes organohalogenados. La contaminación por organohalogenados es un grave problema ambiental global que afecta al suelo y a las aguas subterráneas; y las deshalogenasas reductivas ofrecen una prometedora herramienta natural para la biorremediación.

Estructura y mecanismo

Las deshalogenasas reductivas están relacionadas con la familia de enzimas de la cobamida (o vitamina B12 ). Contienen una cobalamina en su sitio activo catalítico, donde ocurre la reacción de reducción. También albergan grupos hierro-azufre que suministran los equivalentes reductores. [ 1 ] [ 3 ] Todas las deshalogenasas asociadas a la membrana albergan una secuencia señal de doble arginina (TAT) N-terminal (RRXFXK), que es un péptido señal conservado para la translocación de proteínas de membrana. Se han descrito previamente formas monoméricas y diméricas .

El mecanismo enzimático aún no se ha estudiado en profundidad; sin embargo, varios estudios han reportado diversos mecanismos que involucran un aducto de organocobalto , una transferencia de un solo electrón y un enlace halógeno-cobalto. [ 1 ]

Se estudian las deshalogenasas reductivas comunes.

deshalogenasas reductivas de especies de Dehalobacter

deshalogenasas reductivas de especies de Dehalococcoides

Deshalogenasas reductivas de especies de Desulfitobacterium

Métodos de producción

Enzimas nativas

Los ejemplos son aquellos que pueden declorar cloroformo (TmrA), PCE (PceA), TCE (TceA) y VC (VcrA). [ 2 ] Se informa que la purificación de dichas enzimas en formas nativas es difícil; sin embargo, algunas de estas enzimas se purificaron hasta casi la homogeneidad. [ 10 ] [ 11 ] La ultracentrifugación , la solubilización por membrana y una serie de cromatografías líquidas son las técnicas comúnmente empleadas para el aislamiento y la purificación. Una deshalogenasa reductora de cloroformo es la deshalogenasa reductora más reciente que se produjo y purificó con éxito. [ 4 ]

Expresiones heterólogas

Los investigadores en este campo habían centrado su interés en la expresión heteróloga de las mismas enzimas debido a las dificultades para obtenerlas en su forma nativa. Recientemente, se han expresado funcionalmente algunas deshalogenasas reductivas recombinantes, lo que ha impulsado la investigación sobre deshalogenasas a un nivel superior. [ 12 ] [ 7 ] [ 3 ] [ 5 ] Estos logros facilitan investigaciones adicionales sobre sus propiedades bioquímicas y estructurales.

La primera deshalogenasa reductiva respiratoria asociada a membrana se expresó heterólogamente en una forma soluble y activa y se purificó utilizando Bacillus megaterium . [ 5 ]

Usos en biorremediación

En los últimos años, la investigación sobre deshalogenasas reductivas ha despertado gran interés tanto entre investigadores académicos como industriales por su potencial aplicación en la biorremediación de la contaminación por organohaluros.

Referencias

  1. 1 2 3 Jugder, Bat-Erdene; Ertan, Haluk; Lee, Matthew; Manefield, Michael; Marquis, Christopher P. (2015). "Las deshalogenasas reductivas alcanzan la madurez en la destrucción biológica de organohaluros". Trends in Biotechnology . 33 (10): 595– 610. doi : 10.1016/j.tibtech.2015.07.004 . ISSN 0167-7799 . PMID 26409778 .  
  2. 1 2 Jugder, Bat-Erdene; Ertan, Haluk; Bohl, Susanne; Lee, Matthew; Marquis, Christopher P.; Manefield, Michael (2016). "Bacterias respiradoras de organohaluros y deshalogenasas reductivas: herramientas clave en la biorremediación de organohaluros" . Frontiers in Microbiology . 7 : 249. doi : 10.3389/fmicb.2016.00249 . ISSN 1664-302X . PMC 4771760. PMID 26973626 .   
  3. 1 2 Quezada, CP; Payne, KAP; Leys, D. (2014). "La estructura de la deshalogenasa reductiva sugiere un mecanismo para la deshalogenación dependiente de B12" . Nature . 517 (7535): 513– 516. doi : 10.1038/nature13901 . PMC 4968649. PMID 25327251 .  
  4. 1 2 Jugder, Bat-Erdene; Bohl, Susanne; Lebhar, Helene; Healey, Robert D.; Manefield, Mike; Marquis, Christopher P.; Lee, Matthew (2017-06-20). " Una deshalogenasa reductiva de cloroformo bacteriana: purificación y caracterización bioquímica" . Microbial Biotechnology . 10 (6): 1640– 1648. doi : 10.1111/1751-7915.12745 . ISSN 1751-7915 . PMC 5658581. PMID 28631300 .   
  5. 1 2 3 Jugder, Bat-Erdene; Payne, Karl AP; Fisher, Karl; Bohl, Susanne; Lebhar, Helene; Manefield, Mike; Lee, Matthew; Leys, David; Marquis, Christopher P. (2018-01-24). "Producción heteróloga y purificación de una deshalogenasa reductiva de cloroformo funcional". ACS Chemical Biology . 13 (3): 548– 552. doi : 10.1021/acschembio.7b00846 . ISSN 1554-8929 . PMID 29363941 .  
  6. ↑ Tang, S.; Edwards, EA (2013-03-11). "Identificación de deshalogenasas reductivas de Dehalobacter que catalizan la decloración de cloroformo, 1,1,1-tricloroetano y 1,1-dicloroetano" . Philosophical Transactions of the Royal Society B: Biological Sciences . 368 (1616) 20120318. doi : 10.1098/rstb.2012.0318 . ISSN 0962-8436 . PMC 3638459. PMID 23479748 .   
  7. 1 2 Parthasarathy, Anutthaman; Stich, Troy A.; Lohner, Svenja T.; Lesnefsky, Ann; Britt, R. David; Spormann, Alfred M. (2015-03-04). "Investigación bioquímica y espectroscópica EPR de la deshalogenasa reductiva de cloruro de vinilo (VcrA) expresada heterólogamente de la cepa VS de Dehalococcoides mccartyi" . Journal of the American Chemical Society . 137 (10): 3525– 3532. Bibcode : 2015JAChS.137.3525P . doi : 10.1021/ja511653d . ISSN 0002-7863 . PMC 4516053. PMID 25686300 .   
  8. ^ Wagner, A. Segler, L. Kleinsteuber, S. Sawers, G. Smidt, H. Lechner, U. (2013). "Regulación de la transcripción del gen deshalogenasa reductora en Dehalococcoides mccartyi" . OCLC 1018969275 . {{cite book}}: CS1 maint: varios nombres: lista de autores ( enlace )
  9. ↑ Suyama, A.; Yamashita, M.; Yoshino, S.; Furukawa, K. (2002-07-01). "Caracterización molecular de la deshalogenasa reductiva PceA de Desulfitobacterium sp. cepa Y51" . Journal of Bacteriology . 184 (13): 3419– 3425. doi : 10.1128/jb.184.13.3419-3425.2002 . ISSN 0021-9193 . PMC 135124. PMID 12057934 .   
  10. ↑ Neumann, Anke; Wohlfarth, Gert; Diekert, Gabriele (1996-07-12). "Purificación y caracterización de la deshalogenasa reductiva de tetracloroeteno de Dehalospirillum multivorans" . Journal of Biological Chemistry . 271 (28): 16515– 16519. doi : 10.1074/jbc.271.28.16515 . ISSN 0021-9258 . PMID 8663199 .  
  11. ↑ Ni, S; Fredrickson, JK; Xun, L (1995). "Purificación y caracterización de una nueva deshalogenasa reductora de 3-clorobenzoato de la membrana citoplasmática de Desulfomonile tiedjei DCB-1" . Journal of Bacteriology . 177 (17): 5135– 5139. doi : 10.1128/jb.177.17.5135-5139.1995 . ISSN 0021-9193 . PMC 177294. PMID 7665493 .   
  12. ↑ Mac Nelly, Anita; Kai, Marco; Svatoš, Aleš; Diekert, Gabriele; Schubert, Torsten (2014-05-09). " Producción heteróloga funcional de deshalogenasas reductivas de cepas de Desulfitobacterium hafniense" . Microbiología aplicada y ambiental . 80 (14): 4313– 4322. Bibcode : 2014ApEnM..80.4313M . doi : 10.1128/aem.00881-14 . ISSN 0099-2240 . PMC 4068680. PMID 24814779 .