Caracterización y regulación fisiológica de enzimas implicadas en la asimilación de nitrógeno orgánico en Prochlorococcus

Abstract

La cianobacteria marina Prochlorocococcus se ha descrito como el organismo procariota fotosintético más abundante del océano y presumiblemente de la tierra. Responsable de una fracción importante de la producción primaria del océano, coloniza desde la superficie hasta los 200 metros de profundidad donde la disponibilidad de luz es limitada. Se distribuye en zonas intertropicales de los océanos del planeta y coloniza principalmente áreas extremadamente oligotróficas. Dentro de los nutrientes más escasos en dichas zonas encontramos el nitrógeno, el cual es un elemento determinante para la producción primaria ya que se considera, junto con el hierro, elemento limitante de la misma en los océanos del mundo. Existen diferentes fuentes de nitrógeno que pueden ser utilizadas por las cianobacterias, tales como: nitrógeno molecular, nitrato, nitrito, armonio y fuentes orgánica como: cianato, urea y aminoácidos. Todas ellas son reducidas a amonio y asimiladas principalmente por la vía de la glutamina sintetasa y glutamato sintasa (GS/GOGAT). Es posible que Prochlorococcus utilice formas orgánicas como fuente de nitrógeno, entre ellas los aminoácidos y el cianato. El cianato es asimilado mediante la enzima cianasa que cataliza la reacción entre el cianato y bicarbonato para formar CO2 y amonio. De otra parte Prochlorococcus utiliza como principal fuente de nitrógeno el amonio que es asimilado también vía GS/GOGAT. Sin embargo, existe una posible ruta alternativa constituida por la glutamato deshidrogenasa (GDH que cataliza la reacción reversible entre el amonio y el 2-oxoglutarato para formar L-glutamato, utilizando como cofactores piridin núcleotidos. De acuerdo a la información disponible de los genomas de Prochlorococcus secuenciados hasta el momento, en cuanto al gen cymS, que codifica para la cianasa, se encuentra únicamente en el genoma de la estirpe de superficie PCC 9511 ó MED4. Por otro lado, solo las estirpes MIT9313, MIT9303 (ambas estirpes habitantes de produndidad), MIT9215 y MIT9515 (ambas habitantes de superficie), poseen el gen gdhA el cual codifica para la glutamato deshidrogenasa. Nuestro bojetivo fue estudiar la posible utilización por parte de Prochlorococcus de fuentes orgánicas de nitrógeno, para ello analizamos la función de la cianasa y la glutamato deshidrogenasa, en el metabolismo del nitrógeno, en Prochlorococcus PCC 9511 y MIT9313 para contribuir al conocimiento de las claves del éxito ecológico de este organismo. Nuestros resultados sugieren que Prochlorococcus PCC 9511 aunque no es capaz de sobrevivir en cianato como única fuente de nitrógeno, sintetiza cianasa para la asimilación de dicho elemento. La GDH de la estirpe MIT9313 podría cmplir una función importante en el catabolismo de aminoácidos.