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Une enzyme clé pour la formation du site actif de la nitrogénase


​Des chercheurs du CEA-Irig redéfinissent la structure cristallographique de la protéine végétale NifB et dévoilent son mécanisme de fonctionnement. Cette enzyme clé permet l'assemblage d'un des deux centres métalliques d'une autre enzyme, la nitrogénase, grâce à laquelle l'azote atmosphérique peut être réduit en ammoniaque utilisable par les plantes.
Publié le 1 juin 2021

Certaines bactéries sont capables de fixer l'azote atmosphérique et de le transformer en ammoniaque à température ambiante. Cette réaction est d'une importance capitale pour les plantes et pour le cycle global de l'azote.

L'enzyme responsable de cette réduction est la nitrogénase, une métalloprotéine qui utilise deux centres métalliques : P-cluster [Fe8S7] et FeMo-co [MoFe7S9C]. P-cluster est un centre atypique qui permet le transfert d'électron vers le site actif proprement dit, FeMo-co. Alors que le mécanisme réactionnel de la nitrogénase fait toujours débat, les processus responsables de la production et de l'insertion de FeMo-co dans l'enzyme sont loin d'être décryptés.

La biosynthèse de FeMo-co nécessite l'action d'une douzaine de protéines accessoires, regroupées dans la machinerie d'assemblage NIF (Nitrogen Fixation). La protéine NifB est l'enzyme clé de ce processus car elle est responsable de la fusion de deux centres [Fe4S4] et de l'insertion d'un ion carbure et d'un ion sulfure pour produire un précurseur de FeMo-co [Fe8S9C] appelé NifB-co.

En collaboration avec l'Université Polytechnique de Madrid, des chercheurs de l'Irig ont publié en 2020 la première structure cristalline de la protéine NifB, représentant un état précoce de la réaction de synthèse du NifB-co. Ces travaux ont été rapidement suivis par la publication de chercheurs américains rapportant une structure cristalline avec l'ensemble des centres métalliques présents. Malheureusement, cette équipe n'a pu identifier correctement le contenu du site actif, suite à une erreur de modélisation des données cristallographiques.

En reprenant ces données, les chercheurs de l'Irig ont pu mettre en évidence la présence inattendue d'un centre [Fe8S8] résultant de la fusion des centres [Fe4S4]. Cette structure cristalline permet de redéfinir l'ordre des réactions : la fusion des centres [Fe4S4] doit avoir lieu avant l'insertion de l'ion carbure. La coordination particulière de cet intermédiaire montre clairement le rôle de la matrice protéique dans l'organisation des étapes de biosynthèse du NifB-co, dévoilant ainsi le mécanisme de l'enzyme.


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