Por meio da fixação biológica do elemento nitrogaªnio pela enzima nitrogenase, os organismos obtem acesso ao nitrogaªnio molecular (N 2 ) da atmosfera terrestre, essencial para a construção de estruturas celulares. Além disso, uma variante da nitrogenase dependente do vana¡dio pode reduzir o gás ta³xico mona³xido de carbono (CO) a hidrocarbonetos. Essas reduções de N 2 e CO estãoentre os processos mais importantes da química industrial, pois são usados ​​para produzir fertilizantes e combusta­veis sintanãticos. No entanto, os pesquisadores ainda não foram capazes de decifrar as diferentes vias das duas reações.

O Dr. Michael Rohde da equipe do Prof. Dr. Oliver Einsle no Instituto de Bioquímica da Universidade de Freiburg, em colaboração com dois grupos de pesquisa na Freie Universita¤t Berlin, conseguiu mostrar como o sa­tio ativo da nitrogenase dependente de vana¡dio écapaz de ligar duas moléculas de CO simultaneamente, criando assim a base para combinar os a¡tomos de carbono espacialmente adjacentes de ambas as moléculas em um processo redutivo. Os pesquisadores recentemente apresentaram seus resultados na revista Science Advances .

As reduções industriais de N 2 e CO - conhecidas como processos Haber-Bosch e Fischer-Tropsch, respectivamente - exigem altas temperaturas e pressão. Enquanto a redução do N 2 leva ao produto biodispona­vel de ama´nio (NH 4 + ), pelo menos dois a¡tomos de carbono se combinam durante a conversão de CO. O produto de reação predominante éo etileno (eteno, C 2 H 4), um gás incolor que desempenha um papel importante não são nos combusta­veis, mas também na produção de pla¡sticos. Embora a clivagem de uma ligação NN na fixação de nitrogaªnio seja quimicamente fundamentalmente diferente da formação de uma ligação CC na redução de CO, os cientistas suspeitaram anteriormente que a nitrogenase usa os mesmos princa­pios mecana­sticos ba¡sicos para ambas as reações.

Em um trabalho anterior, a equipe liderada por Rohde e Einsle usou nitrogenase para reagir com o gás CO, resultando na ligação especa­fica de uma única molanãcula. Em seu estudo atual, que se baseia neste trabalho, os pesquisadores mostram que gaseificaram cristais desse primeiro estado com CO sob pressão e, em seguida, os submeteram a  análise cristalogra¡fica de raios-X. Isso permitiu que observassem diretamente como uma segunda molanãcula de CO se liga. “A forma de nitrogenase obtida desta forma, com duas moléculas de CO no sa­tio ativo, provavelmente representa um estado bloqueado ", explica Rohde," mas fornece pistas diretas para o mecanismo da enzima. "Como resultado, a equipe de Einsle pode agora delinear um mecanismo detalhado de redução do CO por meio da nitrogenase.