Microbiologie in hapklare porties
Een bacterie geeft leven cadeau
Het was de nacht na Kerstmis, drie miljard jaar geleden… De eerste organismen genieten nog na van hun kerstdiner. In de restjes van wat lekkere oersoep spelen de eerste organismen met enzymen – ze ontdekken wat het betekent om te leven. Het is een chaos van moleculen, en niemand weet welke organismen wat doen. De organismen zelf hebben vast ook geen idee.
Ik zal een verhaal van vroeger vertellen. Het is drie miljard jaar geleden, en de eerste organismen hebben trek in stikstof. Met die bouwsteen maken ze eiwitten en DNA. De eetbare vorm van stikstof (ammoniak) ontstaat door blikseminslagen, maar daarvan zijn er te weinig om alle organismen te voeden. Om hun honger te stillen, beginnen de organismen zelfs hun eigen vrienden op te eten! Maar dan komt een heldhaftige microbe, die per ongeluk een enzym ontwikkelde waarmee hij het stikstofgas kon eten (stikstofgas komt in grote hoeveelheden voor, dus was er ineens heel veel voedsel beschikbaar!). De microben geven de blauwdruk voor dit enzym, in de vorm van DNA, als cadeautje aan elkaar: dit wordt horizontale genoverdracht genoemd. Steeds minder organismen verhongerden hierdoor. Van dit cadeautje profiteert niet alleen hun gemeenschap, maar ook de toekomst. De beschikbaarheid van stikstofgas maakt het mogelijk voor meercellige, eukaryote en uiteindelijk menselijke levensvormen om te ontstaan.
In 1880 realiseerde Duitse scheikundige Hermann Hellriegel hoe belangrijk stikstoffixatie echt was voor al het leven op aarde. Na zijn ontdekking komen wetenschappers het enzym op het spoor, dat de reductie van stikstofgas naar ammoniak katalyseert en noemden het nitrogenase. We kunnen nu veel efficiënter voedsel verbouwen door het cadeau “nitrogenase” te gebruiken in de bodem. Dit maakt het verschil tussen koude restjes oersoep en een chique kerstdiner!
In het heden hebben we iets raadselachtigs gevonden over dit enzym nitrogenase. Oehlmann en Rebelein hebben oude wetenschappelijke artikelen bestudeerd en laten zien dat het enzym eigenlijk nog veel meer kan. Naast de reductie van stikstof katalyseert het enzym zo veel andere chemische reacties, dat de auteurs een hele tabel konden vullen.
Oehlmann gaat verder in op de scheikunde van deze enzymen en beschrijft hoe de magie van deze machines verstopt zit achter een roterend ijzer-zwavel staafje. Elk molecuul met de correcte structuur kan hierin, net als in een draaimolen, een ritje maken en er getransformeerd uitkomen.
De meest interessante reactie die uitgevoerd wordt door deze drie miljard jaar oude machine is de reductie van CO2. Deze reactie levert bijvoorbeeld methaan, ethaan en propaan op – allemaal brandstoffen. Door het opruimen van het broeikasgas CO2 en tegelijkertijd brandstof te produceren, is nitrogenase opnieuw een mooi cadeau!
Link to the original post: Oehlmann, N.N. and Rebelein, J.G. (2021), The Conversion of Carbon Monoxide and Carbon Dioxide by Nitrogenases. ChemBioChem. https://doi.org/10.1002/cbic.202100453
Featured image: created with Biorender.com
Vertaald door: Liang Hobbema
micro-bites.org 