Persbericht Universiteit Leiden
28 februari 2008
Omzetting nitriet in broeikasgas te volgen als flikkerlicht
Het enzym nitrietreductase (NiR) zorgt ervoor dat nitriet wordt omgezet in het broeikasgas stikstofmonoxide.
De precieze werking van het enzym was nog niet bekend, omdat het te klein is om met bestaande microscopische technieken te bekijken.
Leidse en Nijmeegse onderzoekers hebben nu met een nieuwe techniek, die enzymdeeltjes een fluorescerend label geeft, ontdekt dat NiR van kleur wisselt, al naar gelang de fase in het reactieproces: sterke fluorescentie betekent dat het enzym bezig is, zwakke fluorescentie betekent: het enzym doet even niets.
Ook hebben ze op elektronniveau gedetailleerde kennis over het reactieproces gekregen.
De vinding staat beschreven in de online 'Early Edition' van het wetenschappelijke topblad
Kunstmest
De omzetting van nitriet in stikstofmonoxide gebeurt bijvoorbeeld in kunstmest die over het land is uitgestrooid. Het is het werk van bacteriën die gebruik maken van het enzym NiR. Daarbij is eerst nitraat omgezet in nitriet, met behulp van weer een ander enzym.
Multi-inzetbare techniek
Prof. dr. Gerard Canters, Universiteit Leiden: 'De vinding is om meerdere redenen interessant. In de eerste plaats hebben we nu een extra techniek tot onze beschikking gekregen om individuele enzymen te bestuderen als ze aan het werk zijn. Tot voor kort was dit maar beperkt mogelijk. Ten tweede is de techniek niet alleen geschikt om nitrietreductase te onderzoeken. Alle enzymen die van kleur wisselen als ze aan het werk zijn, lenen zich in principe voor deze techniek.'
Biosensoren
Een derde winstpunt is dat de techniek de mogelijkheden verruimt voor het gebruik van enzymen in biosensoren. Canters: 'Biosensoren kunnen van groot belang worden voor de detectie van giftige stoffen, voor het meten en bewaken van het milieu en industriële afvalstromen, en onze gezondheid. Denk aan de glucosesensor voor diabeten, en sensoren voor cholesterol of ureum.'
Katalysatoren
Enzymen (te herkennen aan de uitgang -ase) zijn eiwitten die fungeren als katalysator: ze versnellen reacties zonder zelf te veranderen. Enzymen en andere eiwitten zorgen ervoor dat ons lichaam blijft functioneren. Maar enzymen kunnen ook op vele andere manieren nuttig worden gemaakt, bijvoorbeeld in wasmiddelen. Het is dus van groot belang om te weten hoe ze precies werken.
Biergebruik
Het één voor één onderzoeken van individuele enzymdeeltjes is belangrijk om de vraag te beantwoorden welke individuele variatie schuil gaat achter een gemiddelde over een zeer groot aantal deeltjes. ' Vergelijk het met een enquête over het dagelijkse biergebruik van de Nederlander', zegt Canters. 'Die consumptie zal verschillen naar gelang de omstandigheden. Zo is het ook bij de omzetting van nitriet in stikstofmonoxide. Er zijn nu verschillende hypotheses over de manier waarop die reactie verloopt, met name over het elektronentransport in het enzym. Waarschijnlijk kan het reactieproces langs verschillende wegen gaan, afhankelijk van de omgeving waarin de reactie zich voltrekt. Maar om de mogelijkheden statistisch in kaart te brengen en om verschillen te kunnen verklaren moet je de werking van heel veel individuele enzymen bekijken. Met onze techniek kan dat.'
Hoe wordt nitriet omgezet in stikstofmonoxide? De details
Nitriet (NO2¯) wordt omgezet in stikstofmonoxide (NO) doordat het één elektron en twee protonen opneemt en daarbij een watermolecuul (H2O) afsplitst. Het is een gecompliceerd proces dat het enzym weet te versnellen doordat het de 'spelers' in dit gebeuren (het NO2¯ en de twee protonen) letterlijk in een houdgreep neemt zodat ze er eigenlijk niet meer aan kunnen ontkomen om met elkaar reageren als er eenmaal een elektron in de buurt is. Dat elektron wordt weer aangeleverd door andere eiwitten in de cel die met het NiR tijdelijk een verbintenis kunnen aangaan.
Rommelig
De manier waarop dat elektron als het eenmaal aangekomen is in het NiR tenslotte de 'hot spot' bereikt waar de eigenlijke reactie plaatsvindt, gebeurt nogal rommelig, zo hebben de onderzoekers kunnen vaststellen. De ene keer komt het elektron snel ter plaatse, de andere keer langzaam, afhankelijk van de interne dynamica van het enzym. Het enzymmolecuul is een beweeglijke gelei en de trillingen in deze pudding hebben effect op de snelheid waarmee het elektron zich in de pudding kan voortbewegen.
--------------
The enzyme mechanism of nitrite reductase studied at single-molecule level
Sofya Kuznetsova, Gerhild Zauner; Gerard W. Canters, Thijs Aartsma,
Leiden University. Hans Engelkamp; Nikos Hatzakis; Alan E. Rowan; Roeland J.M. Nolte; Peter Christianen, University of Nijmegen
In
Noot voor de redactie /
Universiteit Leiden