Proteínas redox y respuesta antioxidante

Resumen

La utilización del oxígeno durante la respiración en células aeróbicas resultó en una ventaja evolutiva debido a la gran cantidad de energía que resulta de su reducción total a agua. Sin embargo, los inevitables productos secundarios de su reducción parcial son altamente tóxicos para la célula y reaccionan con una gran parte de las biomoléculas. Éstos son agrupados bajo el nombre genérico de especies reactivas del oxígeno (ROS), como los peróxidos, el superóxido y el radical hidroxilo.

Las rutas metabólicas que involucran transferencia de electrones, como la fotosíntesis o la respiración, pueden producir oxidantes dañinos por medio de reacciones colaterales con el oxígeno. Como consecuencia, los organismos aeróbicos han desarrollado diversos mecanismos de defensa antioxidante. Éstos incluyen sistemas “protectores” que evitan el daño oxidativo, como las enzimas detoxificadoras, y también sistemas “reparadores” que actúan una vez que el daño oxidativo ha tenido lugar.

Nuestro trabajo se centra en algunas de las enzimas redox que participan en la respuesta antioxidante de diversos modelos procariotas

Líneas de Investigación

Proteínas redox y respuesta antioxidante bacteriana.

La utilización del oxígeno durante la respiración de células aeróbicas resultó en una gran ventaja evolutiva debido a la alta energía generada por su reducción a agua. Sin embargo, los inevitables subproductos de su reducción parcial son altamente tóxicos y dañinos para la mayor parte de las biomoléculas. Éstos reciben el nombre general de Especies Reactivas del Oxígeno (ROS) e incluyen los peróxidos, y los radicales superóxido e hidroxilo. Las rutas metabólicas que involucran tranporte de electrones como la fotosíntesis o la respiración, pueden producir especies oxidantes dañinas resultado de reacciones laterales. Durante la evolución, los organismo aeróbicos han generado diversos mecanismos antioxidantes. Éstos inlcuyen sistemas protectores que evitan el daño oxidativo, como enzimas detoxificadoras, o sistemas reparadores que funcionan una vez que el daño ha sido producido. Nuestro grupo trabaja actualmente en diversos modelos procariotes: la bacteria fotosintética Rhodobacter capsulatus y diversas cepas de extremófilos recientemente aisladas de lagunas alto-andinas. Nos enfocamos particularmente en el estudio de enzimas redox involucradas en la detoxificación de ROS y en la reparación del daño oxidativo. Investigando la naturaleza del cofactor metálico de la superóxido dismutasa, hemos descripto la capacidad de Rhodobacter para aprovechar la disponibilidad de hierro y manganeso produciendo diferentes holoenzimas adaptadas a condiciones redox específicas durante crecimiento aeróbico o fotosintético. También hemos investigado la participación de la actividad catalasa en la tolerancia a condiciones ambientales extremas de aislamientos andinos de Acinetobacter. Hemos investigado las características estructurales de una flavodoxina:NADP(H) reductasa inducida por oxidantes, e involucrada en la reparación de centros Fe-S así como en la fijación de nitrógeno. La identificación de sus sustratos naturales, ferredoxinas y flavodoxinas, permitirá conocer su función biológica real.

Participación de la defensa antioxidante en mecanismos adaptativos de bacterias extremófilas

Los humedales altoandinos se caracterizan por las condiciones ambientales extremas como la alta radiación UV, la elevada salinidad y el alto contenido de arsénico. Una línea de trabajo de nuestro grupo se centra en el estudio de la la interacción entre la defensa antioxidante y la tolerancia a factores ambientales extremos presente en cepas bacterianas aisladas de humedales andinos ubicados a 4400 m sobre el nivel del mar. Hemos descripto recientemente que aislamientos andinos del género Acinetobacter presentan una alta actividad catalasa, la que podría jugar un papel importante en la tolerancia a la radiación UV y a otras condiciones ambientales extremas.

Publicaciones Seleccionadas

  • Di Capua, C., Bortolotti, A., Farías, M. E., Cortez, N. (2011). UV-resistant Acinetobacter sp. isolates from Andean wetlands display high catalase activity. FEMS Microbiol. Lett. 317, 181-189
  • Dumit, V. I., Cortez, N., Ullmann, G. M. (2011). Distinguishing two groups of flavin reductases by analyzing the protonation state of an active site carboxylic acid. Proteins 79, 2076-2085.
  • Dumit, V. I., Essigke, T., Cortez, N., Ullmann, G. M. (2010). Mechanistic Insights into Ferredoxin–NADP(H) Reductase Catalysis Involving the Conserved Glutamate in the Active Site. J. Mol. Biol. 397, 814-825.
  • Bortolotti, A., Pérez-Dorado, I., Goñi, G., Medina, M., Hermoso, J., Carrillo, N., Cortez, N. (2009) Coenzyme binding and hydride transfer in Rhodobacter capsulatus ferredoxin/flavodoxin NADP(H) oxidoreductase.
  • Tabares, L. C., Cortez, N., Un, S. (2007). Role of Tyrosine-34 in the Anion Binding Equilibria in Manganese(II) Superoxide Dismutases. Biochemistry 46, pp 9320–9327.
  • Tabares, L. C., Bittel, C., Carrillo, N., Bortolotti, A., Cortez, N. (2003). The single superoxide dismutase of Rhodobacter capsulatus is a cambialistic Mn-containing enzyme. J. Bacteriol. 185, 3223-3227.

Colaboradores

  • María Eugenia Farías, PROIMI (CCT-Tucumán, CONICET).
  • Héctor Álvarez (Univ. Nac. de la Patagonia San Juan Bosco, Cdro. Rivadavia).
  • Milagros Medina (Universidad de Zaragoza, BIFI, España).
  • Juan Hermoso (Inst. Rocasolano, Madrid, España).
  • Matthias Ullmann (Bayreuth Universität, Alemania).
  • Werner Mäntele (Inst. Biophysik, Frankfurt Universität, Alemania)

Subsidios

  • CONICET

Director

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Cortez, Néstor
Sede Facultad
Email: cortez@ibr-conicet.gov.ar
Tel: +54 341 4350596/4350661
Oficina Int: 140
Laboratorio Int: 110

Becarios Doctorales

  • Mariana Sartorio
  • Marcelo Palavecino Nicotra

Tesinistas

  • Santiago Chaillou

Imágenes

La movilidad de la extensión C‐terminal presente en las formas bacterianas de la flavodoxina reductasa FPR, obtenida luego de cristalografía de los complejos enzima:nucleótido permitió visualizar su función en la modulación de la interacción de la proteína con su sustrato y de su actividad (Bortolotti et al., 2010).