Раскрыты механизмы в основе «топливных элементов» бактерий

Команда специалистов из институтов Макса Планка (ИМП) и Университета Радбода, Нидерланды, определила, как определенные виды анаэробных бактерий превращают гидразин в газообразный азот, собирая высвобождающуюся в процессе энергию.

Над проектом работали сотрудники институтов медицинских исследований и биофизики Макса Планка, вместе с коллегами из Университета Радбода, сообщает phys.org. Группа описала структуру фермента, отвечающего за последний этап процесса анаэробного окисления аммония (anammox). Явление, открытое в 90-х гг. 20-го века, играет важную роль в обмене азотом между атмосферой и органическими веществами.

Выводы проекта опубликованы в Science Advances. Специалисты описали беспрецедентную сеть гем-групп, удерживающих большое количество электронов, выделяемых при химической конверсии.

Азот составляет около 80% атмосферы. Живые организмы не могут использовать его напрямую из воздуха из-за его инертности. Они получают азот за счет бактерий, преобразующих его в более реактивные формы.

«Мы считаем, что anammox отвечает за ежегодное удаление из океанов 30-70% элемента», — объяснил Томас Барендс, лидер группы ИМП медицинских исследований, Гейдельберг.

Бактерии, запускающие этот процесс, используются для очистки сточных вод по всему миру, добавила Корнелия Велте из Университета Радбода. Они преобразуют нитриты и аммиак в N₂ и Н₂О, генерируя энергию для клеток. На промежуточном этапе синтезируется гидразин. Компонент ракетного топлива (достаточно токсичный) бактерии используют для метаболизма.

Ранее группа описала структуры ферментов гидразинсинтазы и гидроксиламин оксидоредуктазы. Теперь они продвинулись в решении загадки anammox. Ученые представили кристаллическую структуру гидразин-дегидрогеназы (ГДГ), фермента, участвующего в преобразовании токсичного вещества в безвредный азотный газ.

«Строение дегидрогеназы, как и использование гидразина – уникальные свойства. И важно определить детали этого биологического процесса», — сказала Велте.

Комплекс ГДГ можно сравнить с топливным элементом, чьи розетки рассчитаны только на определенные типы вилок. «Горючее», гидразин, входит в белковые комплекс по специальному каналу. Фермент катализирует преобразование вещества в азот с помощью сети их 192 гем-групп. Выделяемые электроны передаются другим компонентам бактерии, генерирующим энергию для клетки.

«Сейчас мы ищем белки, участвующие в процессе, — сказал Мохд Акрам, первый автор работы. – Структура предполагает, что только небольшие протеины могут войти в комплекс и покинуть его. Выбор белков, получающих доступ к электронам, поможет удостовериться в их переносе в правильное место для выработки энергии».