Nitroxenase de vanadio

A nitroxenase de vanadium é un encima clave para a fixación do nitróxeno atopado en bacterias fixadoras de nitróxeno, e é utilizado como alternativa á nitroxenase de molibdeno cando non se dispón de molibdeno. As nitroxenases de vanadio constitúen un importante uso biolóxico do vanadio, o cal raramente se utiliza polos seres vivos. Un compoñente importante do ciclo do nitróxeno, a nitroxenase de vanadio converte o gas nitróxeno en amoníaco, facendo así que o normalmente inaccesible nitróxeno sexa dispoñible para as plantas. A diferenza da nitroxenase de molibdeno, a nitroxenase de vanadio pode tamén reducir o monóxido de carbono a etileno, etano e propano pero ambos os encimas poden reducir protóns a gas hidróxeno e o acetileno a etileno.   

 Funcións biolóxicas 

As nitroxenases de vanadio atópanse en especies de bacterias do xénero Azotobacter, así como nas especies Rhodopseudomonas palustris e Anabaena variabilis. A maioría das funcións da nitroxenase de vanadio igualan as das máis comúns nitroxenases de molibdeno e serven como vía alternativa para a fixación do nitróxeno en condicións de deficiencia de molibdeno. Igual que a nitroxenase de molibdeno, as funcións do dihidróxeno (H2) como inhibidor competitivo e o monóxido de carbono funciona como inhibidor non-competitivo da fixación do nitróxeno. A nitroxenae de vanadio ten unha estrutura de subunidades α2β2Ύ2, mentres que a nitroxenase de molibdeno ten unha estrutura α2β2. Aínda que os xenes estruturais que codifican a nitroxenase de vanadio presentan só un 15 % de conservación coas nitroxenases de molibdeno, as dúas nitroxenases comparten o mesmo tipo de centros redox de ferro-xofre. Á tempertura dunha habitación, a nitroxenase de vanadio é menos eficiente na fixación de nitróxeno que as nitroxenases de molibdeno porque converte máis H+ a H2 como reacción lateral. Porén, a baixas temperaturas as nitroxenases de vanadio son máis activas que as de tipo de molibdeno, e a temperaturas máis baixas, de 5 °C, a súa actividade de fixación de nitróxeno é 10 veces maior que a da nitroxenase de molibdeno. Igual que a nitroxenase de molibdeno, a nitroxenase de vanadio é doadamente oxidable e así é soamente está activa en condicións anaerobias. Varias bacterias empregan complexos mecanismos de protección para evitar o oxíxeno.

A estequiometría global da fixación do nitróxeno catalizada pola nitroxenase de vanadio poden resumirse como segue:

N2 + 12e− + 14H+ + 24MgATP → 2NH4+ + 3H2 + 24MgADP + 24HPO42−

A estrutura cristalina da nitroxenase de vanadio de Azotobacter vinelandii resolveuse en 2017 (). Comparada coa nitroxenase de Mo, a nitroxenase de V substitúe un sulfuro do sitio activo por un ligando que fai ponte.

 Redución do monóxido de carbono 
Investigacións feitas na Universidade de California Irvine mostraron a capacidade da nitroxenase de vanadio de converter o monóxido de carbono en cantidades traza de propano, etileno e etano en ausencia de nitróxeno por medio da redución do monóxido de carbono por hidrólise de ATP e ditionita. O proceso de formación destes hidrocarburos é levado a cabo por transferencia de protóns e electróns na cal se forman cadeas carbonadas curtas e pode permitir finalmente a produción de combustible hidrocarbonado a partir de CO a escala industrial.

 Notas 

Categoría:Química organometálica
Categoría:Biocombustibles
Categoría:Ciclos bioxeoquímicos