Une fusion réussie pour un intermédiaire clé vers le site actif de la nitrogénase

Publié par Redbran le 03/05/2021 à 13:00
Source: CEA IRIG

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Des chercheurs de l'Irig redéfinissent la structure cristallographie de NifB et dévoilent son mécanisme de fonctionnement. Cette protéine est une enzyme clef faisant partie de la machinerie responsable de l'assemblage d'un des deux centres métalliques de la nitrogénase, responsable de la réduction de l'azote (L'azote est un élément chimique de la famille des pnictogènes, de symbole N et de...) atmosphérique en ammoniaque utilisable par les plantes.

Certaines bactéries (Les bactéries (Bacteria) sont des organismes vivants unicellulaires procaryotes, caractérisées...) sont capables de fixer l'azote atmosphérique et de le transformer en ammoniaque à température (La température est une grandeur physique mesurée à l'aide d'un thermomètre et...) ambiante, une réaction d'une importance capitale (Une capitale (du latin caput, capitis, tête) est une ville où siègent les pouvoirs,...) pour les plantes (cycle de l'azote). L'enzyme (Une enzyme est une molécule (protéine ou ARN dans le cas des ribozymes) permettant...) responsable de cette réduction est la nitrogénase, une métalloprotéine qui utilise deux centres métalliques: le P-cluster et le FeMo-co. Le premier est un centre atypique [Fe8S7] qui permet le transfert d'électron (L'électron est une particule élémentaire de la famille des leptons, et possèdant une charge...) vers le FeMo-co. Ce dernier est le site actif proprement dit et correspond à un centre organométallique (Un organométallique est un composé chimique comportant au moins une liaison carbone-métal. Il...) [MoFe7S9C-(R)-homocitrate]. Alors que le mécanisme réactionnel de la nitrogénase fait toujours l'objet (De manière générale, le mot objet (du latin objectum, 1361) désigne une entité définie dans...) d'âpres débats, les processus responsables de la production et l'insertion du FeMo-co dans l'enzyme sont loin d'être décryptés et sont également sources d'intenses controverses.

La biosynthèse du FeMo-co nécessite l'action d'une douzaine de protéines accessoires regroupées dans la machinerie d'assemblage NIF ([i]NItrogen Fixation
). La protéine (Une protéine est une macromolécule biologique composée par une ou plusieurs...) NifB est l'enzyme clé de ce processus car elle est responsable de la fusion (En physique et en métallurgie, la fusion est le passage d'un corps de l'état solide vers l'état...) de deux centres [Fe4S4] et de l'insertion d'un ion (Un ion est une espèce chimique électriquement chargée. Le terme vient de l'anglais,...) carbure (Un carbure est un composé chimique du carbone avec un deuxième élément chimique...) et d'un ion sulfure (En chimie, un sulfure est un composé chimique ou la combinaison de soufre avec un degré...) pour produire un précurseur [Fe8S9C] appelé NifB-co. Des chercheurs de l'Irig étudient les mécanismes catalytiques de métalloenzymes contenant des métaux de transition, mais aussi les mécanismes de synthèse et d'insertion de ces sites métalliques dans les enzymes au sein desquels ils doivent être insérés.


Le K-cluster: un nouvel intermédiaire dans la synthèse du NifB-co, avec une structure tridimensionnelle et une coordination similaires au P-cluster. Vision schématique des différents événements permettant la fusion de deux centres [Fe4S4] (à gauche) conduisant au K-cluster (au centre et superposé à la structure cristalline du P-cluster de la nitrogénase), puis l'arrivée de l'ion carbure et de l'ion sulfure afin de produire le NifB-co (à droite).

En 2020, en collaboration avec l'Universidad Politécnica de Madrid (Madrid est la capitale de l'Espagne. Ville la plus vaste et la plus peuplée du pays, c'est le...), ils ont publié la première structure cristalline de la protéine NifB, représentant un état précoce de la réaction de synthèse du NifB-co. Ces travaux ont été rapidement suivis par une autre publication d'une équipe de chercheurs américains rapportant une structure cristalline avec l'ensemble (En théorie des ensembles, un ensemble désigne intuitivement une collection...) des centres métalliques présents. Malheureusement, cette équipe a mal modélisé leurs données (Dans les technologies de l'information (TI), une donnée est une description élémentaire, souvent...) cristallographiques et a de ce fait été dans l'incapacité d'identifier correctement le contenu du site actif.

En reprenant ces données cristallographiques, les chercheurs de l'Irig ont pu mettre en évidence la présence inattendue d'un centre [Fe8S8] résultant de la fusion des centres [Fe4S4]. Cette structure cristalline permet de ce fait de redéfinir l'ordre des réactions montrant que la fusion des centres FeS doit avoir lieu avant l'insertion de l'ion carbure. La coordination particulière de cet intermédiaire montre clairement le rôle de la matrice protéique dans l'organisation (Une organisation est) des étapes de biosynthèse du NifB-co, dévoilant ainsi le mécanisme de l'enzyme.

Références:
Jenner LP, Cherrier MV, Amara P, Rubio LM and Nicolet Y
An unexpected P-cluster like intermediate en route (Le mot « route » dérive du latin (via) rupta, littéralement « voie...) to the nitrogenase FeMo-co.
Chemical Science, 2021.
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