Radboud Universiteit Nijmegen
Omzetting nitriet in stikstofmonoxide opgehelderd
Leidse en Nijmeegse onderzoekers hebben de omzetting van nitriet in
stikstofmonoxide ontrafeld met een techniek om activiteit van
individuele enzymen te bekijken. Ze publiceren daarover in de online
Early Edition van het wetenschappelijke topblad PNAS (26-2-08). De
opstelling staat in het Nijmeegse HFML.
Het broeikasgas stikstofmonoxide ontstaat uit nitriet, dat eerst
gevormd is uit nitraat, bijvoorbeeld uit kunstmest die over het land
is uitgestrooid. De nitrietomzetting is het werk van bacteriën die
gebruik maken van het enzym NiR. De precieze werking van NiR was nog
niet bekend, omdat het te klein is om met bestaande microscopische
technieken te bekijken. Onderzoekers van het Nijmeegse Institute for
Molecules and Materials (IMM) en hun Leidse collega's hebben nu die
enzymdeeltjes een fluorescerend label gegeven en zo hun individuele
activiteit kunnen bekijken.
Ze zagen 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.
Individuele enzymen
Alan Rowan en Roeland Nolte van het IMM werken al langer aan het
bestuderen van individuele enzymen. Dat geeft namelijk veel meer
informatie over de werking ervan dan het kijken naar een grote
hoeveelheid. Enzymen 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.
De Leidse collega's klopten in Nijmegen aan om hun NiR-enzym op zijn
individuele eigenschappen te bekijken. De opstelling daarvoor staat in
het HFML - het lab voor hoge magneetvelden. Maar die zijn niet nodig
voor de meting, legt mede-auteur Peter Christanen uit. 'Nee, wij
fysici hebben gewoon meer ervaring met de optische apparatuur die hier
voor nodig is. En die apparaten hebben we hier in het HFML allemaal
bij de hand. De chemici in het project weten weer precies hoe ze die
fluorescente labels aan moeten brengen. Later wil ik graag dergelijke
experimenten in hoge magneetvelden doen.'
De ontdekking
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.
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, Radboud Universiteit
Nijmegen. In PNAS (Proceedings of the National Academy of Sciences)
Early Edition 26-2-08.