Lékárníci odhalují jeden mechanismus tvorby dihydrogenů pomocí dusíku

7. díl - V kůži depresivního - O depresi s Veronikou (Červenec 2019).

Anonim

Nitrogenasa je stěžejní pro život na naší planetě. Poskytuje většinu dusíku (N), který se používá v bílkovinách a nukleových kyselinách, a je nezbytný při vytváření rostlin, zvířat a jiných organismů, čímž se vyrábí amoniak (NH3), který se pak používá při biosyntéze aminokyselin a pak proteinů. Ale zatímco je dusíkatý v práci, vytváří také něco jiného: dihydrogen (H2). Vědci již po určitou dobu vědí, že dusík vytváří H2 dvěma různými procesy. Nyní je jeden z těchto procesů jasný díky práci týmu výzkumníků, kteří studovali mechanismus produkce H2.

Nitrogenasa způsobí tvorbu H2 v případě absence N2. Toto bylo považováno za "relaxaci" enzymového aktivního místa, které je nabité hydridem železa, které jsou potřebné pro redukční reakci N2. Ale jaký je mechanismus toho, jak se uvolňovaly železo-hydridy aktivního místa dusíku, aby vznikla tato H2? Tým vědců z Národního laboratoře Severozápadního Pacifiku, Utah State University, Northwestern University a University of Utah se snažil pochopit tento relaxační mechanismus H2 sledováním vlivů vodíku (H) na deuterium (D) na kinetiku tvorby H2 při je připojena na elektrodu. Tým objevil, že blízký H + byl ve skutečnosti aktivní partnerem při výrobě H2, když se kombinuje s hydridem železa a vytváří H2.

"Pouze jeden proton dělá všechno, hydrid je jen obyčejný divák, který čeká na nějakou akci, " potvrdil Simone Raugei, vědec z PNNL, který se podílel na této práci.

Jedná se o důležitý krok k pochopení nitrázy a jak a proč je pro její činnost vyžadována výroba H2. Rovněž ilustruje strategii mechanistického studia, která může být aplikována na jiné enzymy oxidoreduktázy a na biomimetické komplexy.

Aby se izolovala kinetika výroby vodíku, tým vedený Lance Seefeldt, Brian Hoffman, Shelley Minteer a Simone Raugei použil malé molekuly, aby rychle přenesli elektrony z elektrody do katalytické poloviny dusíkaté látky. Po protonových reakcích byla těžká a náročná úloha, řekl Seefeldt, aby byla zajištěna přesnost sledování protonového "inventáře" (počet vodíků zapojených do katalytické výroby H2) kinetickými kinetickými měřeními vodíku a deuteria.

Výsledky experimentů naznačují, že pouze jeden vodík byl skutečně zapojen do kroku tvorby H2, který omezuje rychlost, a nikoliv dva, jak naznačuje stechiometrie reakce.

Experimentální pozorování týmu byla potvrzena výpočetní chemií, která poskytla podrobný atomistický popis reakčního mechanismu. V katalytickém kofaktoru (tzv. FeMo-co) existují dva typy vodíků: jeden se nachází v můstkové poloze, kde se váže na dva atomy železa (hydrid můstku) a jeden na blízkých ligandách síry (v podstatě protonovaný atom síry: SH). Ukazuje se, že během evoluce H2 je latter aktivní partner. Vazba SH se přeruší a výsledný H + se přesune k hydridovému mostíku a protonuje ho tvořící H2. Výpočty poskytují vysvětlení experimentálního pozorování, že pouze jeden vodík je "aktivní", zatímco druhý je jen divákem čekajícím na příchod jeho partner.

"Úroveň shody mezi pozorováním a výsledky výpočetní chemie byla pozoruhodně vysoká, " řekl Raugei.

Tato práce je kritickým krokem k mechanickému pochopení enzymu dusíku. Je třeba ještě pracovat na pochopení mechanismu dalšího procesu vývoje H2, který vede k vázání N2, aktivaci a redukci na NH3.

menu
menu