Caracterización biofísica y estructural de la subunidad biotin-carboxilasa de la enzima acetil-coa carboxilasa de una microalga oleaginosa ankistrodesmus SP

Abstract

The depletion of fossil resources, concerns about their emissions and, above all, the increase in environmental pollution have led to the search for new sources of renewable energy based on natural raw materials such as oleaginous microalgae. Among these, Ankistrodesmus sp., a microalga native to the Peruvian Amazon, can be used for bioenergy purposes. The aim of the present work was the biophysical and structural characterization of the biotin carboxylase subunit of the ACCase enzyme from an Amazonian oleaginous microalga, Ankistrodesmus sp. The gene encoding BC was cloned, expressed and the recombinant protein (AnkBC) purified by chromatography. Subsequently, AnkBC was characterized biophysically and structurally. The purified monomeric AnkBC protein had a molecular mass of 56 kDa on SDS PAGE. Multi-angle light scattering profiling (SEC-MALS) showed that the protein forms a homodimer of 105,47 kDa. Circular dichroism spectroscopy revealed that the homodimer is conformationally stable. Finally, in silico analysis of AnkBC revealed a three-domain homodimer characteristic of the ATP-dependent biotin-binding superfamily. In conclusion, the study provides a detailed understanding of the biophysical and structural properties of the biotin carboxylase (BC) subunit from Ankistrodesmus sp. From its cloning to the determination of its three-dimensional structure by bioinformatics methods, this information not only deepens the fundamental knowledge about the ACCase enzyme in oleaginous microalgae, but also opens new possibilities in the practical application of this information in biotechnology and biofuel production.

El agotamiento de los recursos fósiles, la preocupación relacionada con sus emisiones y sobre todo el incremento de la contaminación ambiental han generado la exploración de nuevas fuentes de energías renovables, que se basan en materias primas naturales como las microalgas oleaginosas. Entre estas, Ankistrodesmus sp., una microalga nativa de la Amazonía peruana, puede ser aprovechada con fines bioenergéticos. El objetivo de la presente investigación fue caracterizar biofísica y estructuralmente la subunidad Biotin carboxilasa de la enzima ACCasa de una microalga oleaginosa amazónica Ankistrodesmus sp. El gen que codifica la BC fue clonado, expresado y la proteína recombinante (AnkBC) purificada por cromatografía. Posteriormente, AnkBC fue caracterizada biofísica y estructuralmente. La proteína AnkBC monomérica purificada mostró una masa molecular de 56 kDa en SDS-PAGE. El perfil de dispersión de luz a múltiples ángulos (SEC-MALS) demostró que la proteína forma un homodímero de 105,47 kDa. La espectroscopía de dicroísmo circular reveló que el homodímero mostró estabilidad conformacional. Finalmente, el análisis in silico de AnkBC mostró un homodímero conformado por tres dominios, característicos de la superfamilia de unión a biotina dependientes de ATP. En conclusión, el estudio proporciona una comprensión detallada de las características biofísicas y estructurales de la subunidad biotina carboxilasa (BC) de Ankistrodesmus sp., abarcando desde su clonación hasta la determinación de su estructura tridimensional por métodos bioinformáticos, esta información no solo profundiza en el conocimiento fundamental sobre la enzima ACCasa en microalgas oleaginosas, sino que también abre nuevas posibilidades en la aplicación práctica de esta información en la biotecnología y la producción de biocombustibles.