La bacteria Azotobacter vinelandii tiene la capacidad de convertir el nitrógeno atmosférico en amonio mediante la enzima nitrogenasa. Esta bacteria produce los tres tipos de nitrogenasa conocidos: dependiente de molibdeno (Mo), de vanadio (V), o sólo de hierro (Fe). Aunque su función y mecanismo catalítico son similares, cada una de ellas contiene cofactores metálicos en su centro activo, denominados FeMo-co, FeV-co, y FeFe-co, respectivamente, distintos aunque muy similares entre sí. La acumulación de una u otra isoenzima está controlada y depende tanto de la demanda fisiológica de amonio como de la disponibilidad de los distintos metales en el medio. En condiciones en que la bacteria deja de utilizar la nitrogenasa de Mo o de V para utilizar la de Fe, y por tanto distintas isoenzimas se están produciendo a la vez durante un periodo de tiempo, debe existir un mecanismo para evitar la incorporación incorrecta de los cofactores FeMo-co o FeV-co, aún disponibles, en la nitrogenasa de Fe. Nitrogenasas híbridas que albergan un cofactor que no les corresponde resultan en enzimas sin capacidad para reducir nitrógeno a amonio; como resultado, la bacteria es incapaz de crecer en condiciones diazotrofas.

En este trabajo, liderado por la Dra. Pérez-González (CBGP) y el Prof. Dr. Dean (Virginia Tech) en colaboración con investigadores del MIT y del CBGP, hemos combinado técnicas de microbiología, bioquímica, biología molecular y espectroscopía, para describir el mecanismo de una proteína asociada a la nitrogenasa de Fe, denominada AnfO, cuya función es evitar dicha incorporación incorrecta de cofactores y preservar la correcta maduración de la enzima. Nuestros resultados muestran que los dos dominios de AnfO tienen funciones distintas: el N-terminal interacciona con la forma inmadura de la nitrogenasa de Fe, y el C-terminal tiene la capacidad de unir cofactores metálicos (FeMo-co y FeV-co), y apoyan un mecanismo post-transcripcional para la diferenciación de cofactores muy similares mediante la interacción proteína-proteína y la unión a cofactores metálicos. Este trabajo también abre una nueva oportunidad para explorar la contribución del heterometal localizado en el cofactor del sitio activo de la nitrogenasa durante la catálisis, pues utilizando el conocimiento sobre la función de AnfO hemos obtenido nitrogenasas de hierro híbridas que albergan FeMo-co o FeV-co en lugar de FeFe-co.

El trabajo se ha publicado en la revista Journal of Biological Chemistry (JBC), y ha sido seleccionado como “Editor’s Pick” por su relevancia en el campo.