Descripción
Recientemente nuestro grupo ha mostrado por primera vez de forma directa la formación de un radical de proteína en una enzima de tipo peroxidasa (localizado en el Trp164 de la peroxidasa versátil del basidiomiceto ligninolítico Pleurotus eryngii). Este tipo de radicales, que se forman por transferencia electrónica de largo recorrido al cofactor (grupo hemo) activado por peróxido, parecen desempeñar un papel clave en la degradación oxidativa de la lignina y otros compuestos recalcitrantes ya que: i) se localizan en la superficie de la proteína dónde pueden entrar en contacto con la macromolécula de lignina, que no puede interaccionar directamente con el grupo hemo localizado en un bolsillo central de acceso limitado; y ii) forman radicales libres relativamente estables de fuerte poder oxidativo, que amplían la capacidad de la enzima para oxidar sustratos recalcitrantes al actuar como mediadores redox integrados en la molécula de proteína. En el proyecto RAPERO se estudiarán las propiedades cinéticas (incluyendo los estados transitorios del ciclo catalítico) de peroxidasas, salvajes u obtenidas mediante mutagénesis dirigida, que contengan diferentes residuos aminoacídicos susceptibles de formar radicales implicados en la catálisis oxidativa de la enzima. Igualmente se investigarán los determinantes estructurales de la unión de la lignina al entorno superficial del radical y su influencia en la eficiencia catalítica de las enzimas nativas y sus variantes mutadas oxidando diferentes sustratos modelo. Finalmente, se investigará la propia ruta de transferencia electrónica desde la superficie de la proteína hasta el grupo hemo y su entorno, y en que medida su modificación puede afectar a la formación y estabilidad del radical de la proteína. También se considerará la existencia de varios sitios catalíticos en algunas de estas enzimas, por ejemplo en la peroxidasa versátil descrita por primera vez en el CIB, y la relaciones estructura-función que permiten a cada uno de ellos especializarse para oxidar diferentes tipos de sustratos. Las peroxidasas ligninolíticas no actúan solas en la degradación de la lignina, sino que lo hacen en colaboración con otras enzimas oxidativas que proporcionan el peróxido de hidrógeno requerido, actúan sobre los productos de degradación, o colaboran en el ataque inicial al polímero a través de mediadores químicos difusibles que forman radicales estables. Algunas de las enzimas anteriores presentan interés biotecnológico para el desarrollo de biocatalizadores industriales (tal como se estudia en el proyecto europeo NMP2-CT-2006-26456 coordinado por el CSIC con participación de 12 empresas de diferentes sectores). Por consiguiente, los estudios estructura-función planteados en la presente propuesta serán de interés para el desarrollo futuro de oxidorreductasas mejoradas con aplicación industrial.