Una proteina protegge la fissazione biologica dell'azoto dallo stress dell'ossigeno
La proteina sensore di ossigeno potrebbe contribuire a rendere la nitrogenasi utilizzabile in biotecnologia e quindi a risparmiare sui fertilizzanti sintetici
Un piccolo aiutante per grandi compiti: Una proteina sensore di ossigeno protegge i macchinari enzimatici della fissazione biologica dell'azoto da gravi danni. Il suo impiego nelle biotecnologie potrebbe contribuire a ridurre l'uso di fertilizzanti sintetici in agricoltura in futuro. Un gruppo di ricerca dell'Università di Friburgo, guidato dal biochimico Prof. Dr. Oliver Einsle della Facoltà di Chimica e Farmacia e del Centro per gli Studi sulla Segnalazione Biologica (BIOSS), ha scoperto esattamente come funziona la cosiddetta proteina Shethna II. Gli scienziati hanno utilizzato la crio-microscopia elettronica, una tecnica di recente introduzione a Friburgo. I risultati sono stati pubblicati sulla rivista Nature.
I fertilizzanti azotati sono ecologicamente problematici
L'elemento azoto è un componente indispensabile per tutti gli organismi viventi; in agricoltura viene spesso aggiunto come fertilizzante per consentire rese elevate a lungo termine. Tuttavia, la produzione e l'applicazione di questi fertilizzanti è problematica dal punto di vista energetico ed ecologico. Da anni si cerca quindi di trasferire la fissazione naturale dell'azoto nei batteri e negli archei alle colture. Il legame dell'azoto è realizzato dall'enzima nitrogenasi. Uno dei problemi più gravi del trasferimento alle piante è che la nitrogenasi è estremamente sensibile all'ossigeno presente nell'atmosfera, che viene prodotto dalle piante stesse nel processo di fotosintesi.
La proteina Shethna II forma un complesso con l'enzima nitrogenasi
Philipp Franke, Simon Freiberger e il dottor Lin Zhang del team del professor Oliver Einsle sono riusciti a dimostrare come un piccolo fattore, la proteina Shethna II, registri un aumento della concentrazione di ossigeno. In seguito, forma molto rapidamente un complesso con i due componenti dell'enzima nitrogenasi, che li protegge dal danno ossidativo. Dopo l'attivazione, la proteina shethna II lega la nitrogenasi, molto più grande, e la riduttasi ad essa associata, formando con entrambe le proteine lunghi filamenti in cui l'ossigeno non può raggiungere i centri attivi della nitrogenasi. Non appena le cellule superano questo stress da ossigeno, il complesso si scioglie e l'enzima può riprendere il suo lavoro.
Un possibile utilizzo nelle cellule vegetali
Anche se la nitrogenasi viene prodotta direttamente nelle cellule vegetali, è prevedibile che queste brevi fasi di stress con aumento della concentrazione di ossigeno si ripetano. In un'applicazione biotecnologica, la coproduzione della piccola proteina Shethna II potrebbe quindi aiutare a proteggere gli enzimi elaborati e sintetizzati nel loro nuovo ambiente e a mantenere la loro funzione per la cellula vegetale. "La produzione di nitrogenasi funzionanti nelle piante darebbe inizio a un cambiamento paradigmatico nella biotecnologia verde e questa piccola proteina può dare un contributo decisivo per renderlo possibile", afferma Einsle.
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