Химикам из Университета Умео в Швеции удалось составить карту структур и функций переходного состояния фермента. Модифицируя фермент аденилаткиназу, исследователи смогли выделить молекулу и изучить ее с помощью количественных методов рентгеновской кристаллографии и спектроскопии ядерного магнитного резонанса (ЯМР). Результаты опубликованы в журнале PNAS.
«Теперь мы подошли на один шаг ближе к общему пониманию того, как функционируют ферменты. Это жизненно важно для будущих разработок новых ферментов в биотехнологических приложениях», - говорит Магнус Вольф-Ватц, доцент кафедры химии в Университет Умео.
Биологическая жизнь зависит от большого количества клеточных химических реакций, которые часто протекают очень медленно и могут занять месяцы или годы. Чтобы химические и биологические временные шкалы совпадали, химические реакции в клетках ускоряются с использованием ферментов в качестве эффективных биокатализаторов.
За последнее десятилетие исследований стало ясно, что ферментные структуры, которые существуют лишь кратковременно и преходяще, могут быть совершенно необходимы для каталитической функции. До сих пор не было возможности подробно изучить эти состояния из-за того простого факта, что они невидимы для традиционных спектроскопических методов. Теперь исследователям химического факультета Университета Умео в Швеции удалось зафиксировать переходное состояние, центральное для функции основного фермента аденилаткиназы. Кратковременное состояние удалось обогатить, заменив две аминокислоты в ферменте на реактивную аминокислоту цистеин.
Это первый случай, когда кому-либо удалось изучить переходное состояние фермента непосредственно с помощью спектроскопических и количественных методов. С помощью наших методов мы смогли подробно описать как структуру, так и функцию фермента в конкретной переходной фазе», - говорит Магнус Вольф-Ватц, который руководил исследованием вместе с постдоком Михаэлем Коверманном, который сейчас проводит руководитель группы в Констанцском университете в Германии.
Результаты показали, что функция одного фермента полностью зависит от присущей ему динамики, а без динамики фермент был бы бесполезен. Кроме того, оказалось, что переходное состояние связывает молекулы своего субстрата гораздо прочнее, чем природные белки. Результаты дали нам дополнительные сведения о том, как ферменты могут ускорять реакции с такой невероятной специфичностью и эффективностью. В то же время разработанный нами метод в целом может быть полезен при изучении других ферментов».
Группа ЯМР Магнуса Вольфа Ватца сотрудничала с рентгеновскими кристаллографами Уве Х. Зауэром и Элизабет Зауэр-Эрикссон в этом исследовании.
"У нас было долгосрочное и очень продуктивное сотрудничество. Это хороший пример того, насколько важна атмосфера сотрудничества, существующая в Университете Умео, и как мы должны лелеять и развивать ее в будущем", - говорит Магнус. Вольф-Ватц.