Las enzimas desintoxican los compuestos de mercurio

Estrategia biológica

Las bacterias

Equipo de AskNature

Proteger de productos químicos

Los productos químicos están en todas partes en los cuerpos de los organismos vivos y sus entornos externos. Si bien la mayoría de los productos químicos son valiosos o benignos, algunos son tóxicos, incluidos los que se usan para la defensa (como la mucosidad que protege al pez payaso de los tentáculos punzantes de una anémona). Incluso los productos químicos naturales, como el arsénico, deben gestionarse para reducir su impacto. Algunos sistemas vivos tienen estrategias para descomponer las sustancias químicas nocivas, alterarlas en formas menos tóxicas, evitar físicamente que las sustancias químicas dañen los tejidos sensibles y más. Por ejemplo, algunos mamíferos herbívoros pueden digerir compuestos tóxicos en las plantas porque tienen una enzima particular que les ayuda a procesar compuestos de plantas venenosas.

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Escindir metales pesados de compuestos orgánicos

Los organismos tienden a utilizar los recursos químicos disponibles en su entorno inmediato. Sin embargo, cuando se trata de elementos de metales pesados, como el cadmio, el plomo y el mercurio, los organismos tienden a secuestrarlos para evitar la toxicidad en lugar de incorporarlos a las biomoléculas. Sin embargo, cuando los desechos químicos industriales que contienen compuestos orgánicos a base de metales pesados, como algunos tintes, se vierten en la tierra, los microorganismos locales, como los hongos, a veces pueden adaptarse a su entorno mediante el desarrollo de estrategias para escindir y secuestrar el elemento de metal pesado.

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Las bacterias

Dominio Bacterias ("pequeño bastón"): L. acidophilus, Staphylococcus

Desde el interior de nuestros propios cuerpos hasta las partes más profundas del océano, las bacterias se han adaptado a casi todos los entornos posibles. Todas las bacterias son unicelulares, microscópicas y carecen de un núcleo delimitado por una membrana y de orgánulos, y se presentan en tres formas básicas: esféricas (cocos), bastones (bacilos) y espirales (espirillas). Algunas cepas pueden ser mortales, como Staphylococcus aureus (MRSA), mientras que otras, como Lactobacillus acidophilus, que se encuentran en nuestro microbioma intestinal, nos mantienen saludables. Las cianobacterias, también conocidas como algas verdeazuladas, causaron el Gran Evento de Oxidación hace 2.4 millones de años, produciendo la primera atmósfera oxigenada de la Tierra.

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El sistema enzimático de las bacterias aeróbicas desintoxica compuestos de mercurio como el metilmercurio a través de las enzimas organomercurial liasa (MerB) y el ion mercúrico reductasa.

“El mercurio es bien conocido por su toxicidad para los organismos vivos. Los compuestos inorgánicos de mercurio (HgX2) y los organomercuriales (R-Hg-X), en los que el Hg se encuentra formalmente en el estado de oxidación +2, son los principales responsables de la toxicidad... El mercurio elemental en sí (Hg0) tiene poca afinidad por los ligandos celulares y es tóxico solo si se oxida al estado +2 en la célula... Las bacterias aeróbicas han desarrollado la ingeniosa estrategia de eliminar los compuestos mercúricos y organomercuriales de su entorno mediante la reducción de Hg2+ a Hg0. Para lograr esto, combinan la actividad de dos enzimas: la liasa organomercurial (MerB) y la reductasa de iones de mercurio”. (Molinero 2007: 537)

“La acumulación de metilmercurio extremadamente tóxico en el medio ambiente, particularmente en los peces, ha desencadenado un esfuerzo por parte de los científicos para desentrañar el proceso por el cual un conjunto de enzimas bacterianas capturan y luego desintoxican el compuesto. En un nuevo desarrollo, Jonathan G. Melnick y Gerard Parkin de la Universidad de Columbia informan sobre un complejo de mercurio sintético que proporciona información sobre cómo una de estas enzimas cataliza la escisión del enlace Hg-C (Science 2007, 317, 225). Se espera que el hallazgo impulse los esfuerzos para modificar genéticamente las plantas para secuestrar HgCH3+ para la limpieza ambiental. En la naturaleza, los microbios sintetizan HgCH3+ a partir del Hg2+ natural, así como del mercurio liberado en las emisiones de las centrales eléctricas de carbón. Los compuestos organomercúricos son tóxicos porque el metal tiene una gran afinidad por el azufre, en particular el azufre de los grupos tiol (-SH) en las unidades de cisteína de las proteínas. Una vez que el mercurio se une, se interrumpe la función normal de las proteínas. Las bacterias resistentes a la toxicidad de HgCH3+ producen una enzima llamada MerB, que tiene tres residuos de cisteína en su sitio activo que se sabe que son cruciales para romper el enlace Hg-C. Pero la forma exacta en que MerB se coordina con HgCH3+ y los 'detalles íntimos del mecanismo de reacción' han sido un misterio, dice Parkin. (Una segunda enzima, MerA, reduce el Hg2+ resultante a mercurio elemental menos tóxico.) Por lo tanto, Melnick y Parkin se propusieron descifrar el mecanismo de acción de MerB. Melnick y Parkin 'ofrecen una elegante descripción a nivel atómico de la ruptura fácil de un enlace carbono-mercurio', señala James G. Omichinski de la Universidad de Montreal en un comentario de Science. Sus observaciones proporcionan información valiosa sobre el mecanismo básico de la actividad de MerB, añade. Queda mucho trabajo por hacer, pero comprender este mecanismo "es esencial para los esfuerzos de reingeniería de MerB para mejorar su eficiencia catalítica para la biorremediación del metilmercurio", escribe Omichinski. (Ritter 2007:10)