Nitrato reductasa

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Las nitrato reductasas son molibdenoenzimas que reducen el nitrato (NO−
3) a nitrito (NO−
2). Esta reacción es fundamental para la producción de proteínas en la mayoría de las plantas de cultivo, ya que el nitrato es la fuente predominante de nitrógeno en los suelos fertilizados.

Tipos

Eukaryotic

Las nitrato reductasas eucariotas son parte de la familia de las molibdenoenzimas sulfito oxidasas. Transfieren electrones del NADH o NADPH al nitrato.

Prokaryotic

Las nitrato reductasas procariotas pertenecen a la familia DMSO reductasa de las molibdoenzimas y se han clasificado en tres grupos: nitrato reductasas asimilatorias (Nas), nitrato reductasas respiratorias (Nar) y nitrato reductasas periplásmicas (Nap). El sitio activo de estas enzimas es un ion molibdeno que está 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 aminoácidos y ligandos de oxígeno y/o azufre. En Nap, el molibdeno está unido covalentemente a la proteína por una cadena lateral de cisteína y una cadena lateral de aspartato en Nar.

Estructura

Las nitrato reductasas procariotas tienen dos tipos principales: las nitrato reductasas transmembrana (NAR) y las 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 motriz de protones. Las NAP no pueden hacerlo.

La nitrato reductasa respiratoria transmembrana 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 utilizar el nitrato como aceptor de electrones para la respiración anaeróbica. 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.

La nitrato reductasa de plantas superiores, algas y hongos es una proteína citosólica homodímera con cinco dominios conservados en cada monómero: 1) un dominio Mo-MPT que contiene el cofactor único molibdopterina, 2) un dominio de interfaz de 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. Existe una variante anclada a glicofosfatidilinositol que se encuentra en la cara externa de la membrana plasmática. Su función no está clara.

Mecanismo

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

De manera similar al mecanismo de reducción de nitrato procariota, en la nitrato reductasa eucariota, un oxígeno en el nitrato se une a Mo en el estado de oxidación (IV), desplazando un ion hidróxido. Luego, los electrones del orbital d de Mo se dan vuelta, creando un enlace múltiple entre Mo(VI) y ese oxígeno, expulsando nitrito. El doble enlace de Mo(VI) al oxígeno se reduce por NAD(P)H que pasa a través de la cadena de transporte intramolecular.

Reglamento

La nitrato reductasa (NR) se regula a nivel transcripcional y traduccional inducido por la luz, el nitrato y posiblemente por un mecanismo de retroalimentación negativa. Primero, la asimilación del 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 nitrito reductasa. El amoníaco luego pasa a la vía GS-GOGAT para ser incorporado a los aminoácidos. Cuando la planta está bajo estrés, en lugar de reducir el nitrato a través de la NR para ser incorporado a los aminoácidos, el nitrato se reduce a óxido nítrico que puede tener muchos efectos dañinos en la planta. Por lo tanto, la importancia de regular la actividad de la nitrato reductasa es limitar la cantidad de óxido nítrico que se produce.

Inactivación de la reductasa de nitrato

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

Condiciones de anoxic

Se realizaron estudios para medir la absorción de nitrato y la actividad de la nitrato reductasa en condiciones anóxicas para ver si había una diferencia en el nivel de actividad y la tolerancia a la anoxia. Estos estudios encontraron que la nitrato reductasa, en condiciones anóxicas, mejora la tolerancia de las plantas a una menor aireación. Este aumento de la actividad de la nitrato reductasa también se relacionó con un aumento en la liberación de nitrito en las raíces. Los resultados de este estudio mostraron que el aumento dramático de la nitrato reductasa en condiciones anóxicas puede atribuirse directamente a las condiciones anóxicas que inducen la disociación de la proteína 14-3-3 del NR y la desfosforilación de la nitrato reductasa.

Aplicaciones

La actividad de la nitrato reductasa se puede utilizar como herramienta bioquímica para predecir el rendimiento del grano y la producción de proteínas del grano.

La nitrato reductasa se puede utilizar para analizar las concentraciones de nitrato en los biofluidos.

La nitrato reductasa promueve la producción de aminoácidos en las hojas de té. En las condiciones del sur de la India, se ha informado de que las plantas de té rociadas con diversos micronutrientes (como Zn, Mn y B) junto con Mo mejoraron el contenido de aminoácidos de los brotes de té y también el rendimiento del cultivo.

Referencias

  1. ^ PDB: 1Q16; Bertero MG, Rothery RA, Palak M, Hou C, Lim D, Blasco F, Weiner JH, Strynadka NC (septiembre de 2003). "Insights into the respira electron transfer pathway from the structure of nitrate reductase A". Naturaleza Biología estructural. 10 (9): 681–7. doi:10.1038/nsb969. S2CID 33272416.
  2. ^ Marschner, Petra, Ed. (2012). La nutrición mineral de Marschner de plantas superiores (3a edición). Amsterdam: Elsevier/Academic Press. p. 135. ISBN 9780123849052.
  3. ^ Moreno-Vivián, Conrado Cabello, Purificación Martínez-Luque, Manuel Blasco, Rafael Castillo, Francisco. Reducción del nitrato procariota: Propiedades moleculares y distinción funcional entre los reductores del nitrato bacteriano. American Society for Microbiology. OCLC 678511191.{{cite book}}: CS1 maint: múltiples nombres: lista de autores (link)
  4. ^ Tavares P, Pereira AS, Moura JJ, Moura I (diciembre de 2006). "Metalloenzymes of the denitrification pathway". Journal of Inorganic Biochemistry. 100 (12): 2087–100. doi:10.1016/j.jinorgbio.2006.09.003. PMID 17070915.
  5. ^ Kuypers MM, Marchant HK, Kartal B (mayo de 2018). "La red microbiana de nitrógenos". Reseñas de la naturaleza. Microbiología. 16 (5): 263–276. doi:10.1038/nrmicro.2018.9. hdl:21.11116/0000-0003-B828-1. PMID 29398704. S2CID 3948918.
  6. ^ "ENZYME entry: EC 1.7.99.4". ENZYME Enzyme nomenclature database. Retrieved 25 de abril 2019.
  7. ^ Blasco F, Iobbi C, Ratouchniak J, Bonnefoy V, Chippaux M (junio de 1990). "Reductas de Nitrato de Escherichia coli: secuencia de la segunda reductasa de nitrato y comparación con la codificada por el narGHJI operon". Genética General Molecular. 222 (1): 104–11. doi:10.1007/BF00283030. PMID 2233673. S2CID 22797628.
  8. ^ Jones GJ, Morel FM (mayo de 1988). "Actividad de redox de plasma en el diatom thalassiosira: un posible papel para la reductasa de nitrato". Fisiología vegetal. 87 (1): 143–7. doi:10.1104/pp.87.1.143. PMC 1054714. PMID 16666090.
  9. ^ Campbell WH (junio de 1999). "Nitrato Reductase Estructura, Función y Regulación: Bridging the Gap between Biochemistry and Physiology". 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). "Acumulación nitrato y reducción en plantas superiores e inferiores". Plant, Cell and Environment. 23 (10): 1005-1024. doi:10.1046/j.1365-3040.2000.00595.x.
  11. ^ Hille, Russ; Hall, James; Basu, Partha (2014). "El Mononuclear Molybdenum Enzymes". Reseñas químicas. 114 (7): 3963–4038. doi:10.1021/cr400443z. PMC 4080432. PMID 24467397.
  12. ^ Fischer K, Barbier GG, Hecht HJ, Mendel RR, Campbell WH, Schwarz G (abril de 2005). "Structural basis of eukaryotic nitrate reduction: Crystal structures of the nitrate reductase active site". La célula vegetal. 17 (4): 1167–79. doi:10.1105/tpc.104.029694. PMC 1087994. PMID 15772287.
  13. ^ Taiz L, Zeiger E, Moller IM, Murphy A (2014). Fisiología y desarrollo de plantas (6 ed.). Massachusetts: Sinauer Associates, Inc. p. 356. ISBN 978-1-60535-353-1.
  14. ^ a b c Allègre A, Silvestre J, Morard P, Kallerhoff J, Pinelli E (diciembre de 2004). "Regulación de reductasa de nitrato en raíces de tomate por nitrato exógeno: un posible papel en la tolerancia a la anoxia raíz 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 genes novedosos de reductasa de nitrato en la alga dañina, Chattonella subsalsa". Scientific Reports. 8 (1): 13417. Código:2018 NatSR...813417W. doi:10.1038/s41598-018-31735-5. 6128913. PMID 30194416.
  16. ^ Croy LI, Hageman RH (1970). "Relación de actividad de reductasa de nitrato a producción de proteínas de grano en trigo". Crop Science. 10 (3): 280–285. doi:10.2135/cropsci1970.0011183X001000030021x.
  17. ^ Dalling MJ, Loyn RH (1977). "Grado de actividad de reductasa de nitrato en la etapa de siembra como predictor de rendimiento de nitrógeno de grano en trigo (Triticum aestivum L.)". Australian Journal of Agricultural Research. 28 (1): 1–4. doi:10.1071/AR9770001.
  18. ^ Mori, Hisakazu (2001). "Determinación del nitrato en fluidos biológicos usando la reductasa del nitrato 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 de potasio, magnesio y azufre aplicado en diferentes formas de fertilizantes sobre contenido libre de aminoácidos en hojas de té (Camellia sinensis L). J. Sci. Food Agric. 76 (3): 389–396. doi:10.1002/(SICI)1097-0010(199803)76:3 se cumplió389::AID-JSFA963 título3.0.CO;2-X.
  20. ^ Venkatesan S (noviembre de 2005). "Impact of genotype and micronutrient applications on nitrate reductase activity of tea leaves". J. Sci. Food Agric. 85 (3): 513-516. Código:2005JSFA...85..513V. doi:10.1002/jsfa.1986.
  • UMich Orientation of Proteins in Membranes protein/pdbid-1q16
  • Nitrate+reductases en la Biblioteca Nacional de Medicina de EE.UU.
Este artículo incorpora texto del dominio público Pfam e InterPro: IPR003816
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