15-04-2024
Um novo estudo, publicado na revista Nature Chemical Biology, realizado por investigadores do Laboratório de Cristalografia Macromolecular da UCIBIO-NOVA, em colaboração com o grupo de Inês C Pereira do ITQB-NOVA, revelou como uma desidrogenase do formato pode resistir à exposição ao oxigénio. As descobertas relatadas no artigo "An allosteric redox switch involved in oxygen protection in a CO2 reductase" contribuem para uma melhor compreensão do mecanismo catalítico da enzima, fornecendo informações sobre a otimização das estratégias de redução do dióxido de carbono e, por conseguinte, melhorando as suas futuras aplicações biotecnológicas.
A União Europeia mantém-se firme no seu compromisso de alcançar a neutralidade carbónica até 2050. Para atingir este objetivo, a redução das emissões de gases com efeito de estufa deve ser complementada com a captura de dióxido de carbono (CO2). As plantas, os solos, os oceanos, entre outros elementos da natureza responsáveis pela remoção do CO2 da atmosfera não são suficientes para atingir este objetivo, pelo que é urgente encontrar novos catalisadores que permitam a transformação (redução) do CO2 noutros produtos de valor acrescentado. As bactérias cujo metabolismo natural envolve a redução de CO2 são uma opção.
A mesma equipa identificou anteriormente uma enzima capaz de reduzir o dióxido de carbono (CO2) da atmosfera com elevada eficiência. O processo é catalisado por desidrogenases de formiato dependentes de metais (Fdhs), que transformam o CO2 em formiato, um combustível químico equivalente ao hidrogénio. As Fdhs são enzimas que se encontram numa das vias biológicas mais antigas e mais eficientes em termos energéticos.
No entanto, embora as desidrogenases de formiato dependentes de metais sejam bem conhecidas pela sua eficiência em reduzir o CO2 com elevada eficiência e seletividade, são normalmente muito sensíveis ao oxigénio e têm de ser purificadas e manuseadas em condições anaeróbias rigorosas.
No trabalho agora publicado, os investigadores concentraram-se em clarificar o mecanismo de redução do CO2 a formato pela altamente eficiente W-Fdh e revelaram um interrutor alostérico envolvido no mecanismo de proteção contra o oxigénio desta enzima.
A W-Fdh da bactéria redutora de sulfato Desulfovibrio vulgaris permanece estável quando purificada e exposta ao oxigénio e pode ser armazenada durante longos períodos de tempo. No entanto, no laboratório, para que a enzima atinja a sua eficiência máxima, foi necessário um passo de pré-ativação química. Esta etapa de pré-ativação é referida na literatura desde os anos 80, mas ninguém compreendia, a nível molecular, o impacto que poderia ter na atividade da enzima.
A equipa identificou um mecanismo alostérico desencadeado pela formação ou quebra de uma ponte dissulfureto, que evita a inativação da enzima quando as células bacterianas são expostas ao oxigénio ou ativa a enzima em condições redutoras e anaeróbias, para atingir o melhor desempenho.
Estes resultados revelam novas características do mecanismo catalítico, do ambiente do sítio ativo e da geometria do sítio do metal W, que são extremamente valiosos e podem inspirar novas estratégias para futuras aplicações biotecnológicas. Isto permitirá ativar esta enzima in situ, quando as condições anaeróbias são alcançadas, desencadeando o mecanismo alostérico sempre que a redução enzimática de CO2 a ácido fórmico for necessária. A molécula de formiato tem um enorme potencial, não só para alimentar diretamente baterias (DFAFCs - Direct Formic Acid Fuel Cells) para pequenos dispositivos electrónicos, mas também como molécula de armazenamento de hidrogénio mais segura.
Este trabalho foi recentemente publicado na revista Nature Chemical Biology:
An allosteric redox switch involved in oxygen protection in a CO2 reductase
Ana Rita Oliveira, Cristiano Mota, Guilherme Vilela-Alves, Rita Rebelo Manuel, Neide Pedrosa, Vincent Fourmond, Kateryna Klymanska, Christophe Léger, Bruno Guigliarelli, Maria João Romão & Inês A. Cardoso Pereira
Nature Chemical Biology, volume 20, pages111–119 (2024).
