Холодно-адаптация ферментов можно преобразовать при комнатной температуре

Ферменты от холода любящих организмы, которые живут при низких температурах, близких к точке замерзания воды, дисплей весьма своеобразного свойства. В новом исследовании, опубликованном в Nature Сommunications, ученые Уппсальского университета воспользовались крупномасштабные вычисления, чтобы объяснить, почему многие холодные-адаптированные ферменты перестают работать при около комнатной температуре.

Ферменты-это «машины», которые поддерживают обмен веществ в клетках всех живых организмов, но, к сожалению, все биохимические реакции обычно прекращают при низких температурах. Эволюция решила эту проблему, разработав холодной адаптированных ферментов в Вида, внутренняя температура такая же, как во внешней среде резкое похолодание. Это касается бесчисленных организмов, от бактерий до определенных растений и холоднокровных позвоночных, таких как рыбы, которые живут в очень холодной воде. Эти холодные адаптированные ферменты имеют особые термодинамические свойства, которые позволяют им функционировать в условиях низких температур. Очевидно, они плавятся при более низких температурах, чем обычные ферменты; но это делает никакой разницы, если они тают примерно 40 градусов по Цельсию, так как они не должны работать в такой теплой обстановке.

Однако, одна главная нерешенная загадка была, почему многие холодные-адаптированные ферменты перестают работать даже при примерно комнатной температуре, задолго до того как они начнут таять. Исследователи Джака поэтому, Миха Пург и Йохан Åqvist теперь, впервые, удалось объяснить это посредством обширного компьютерного моделирования.

Ученые имитировали химическую реакцию на крахмал-деградирующего фермента из бактерии Антарктике при различных температурах, и по сравнению с расчетами, касающимися того же фермента, из обычной, теплокровных свинья. Затем фермент Антарктике доказал ломки начинаются локально, даже при комнатной температуре, и этот дефект заставляет молекулы крахмала придерживаться гораздо меньше и фермента. Это явление приводит к максимальной скорости реакции при температуре 25 градусов по Цельсию, и происходит в какой-то 15 градусов по Цельсию ниже температуры плавления. В фермент свиньи, с другой стороны, скорость реакции продолжает увеличиваться до тех пор, пока фермент, наконец, плавится при примерно 60 градусов по Цельсию.

С помощью компьютерных расчетов, таким образом, можно определить, какие части адаптированных к холоду ферментов приводят к их особыми свойствами.

«Наши новые результаты и предыдущих компьютерного моделирования различных холодных адаптированных ферментов, и их мутантов, показывают, что мы теперь достигли стадии, где можно рационально перестроить ферменты для изменения их свойств в предсказуемым образом. Такой подход уже давно является целью, но до настоящего времени она не смогла конкурировать со случайными лаборатории эволюции ферментов, для которых Фрэнсис Арнольд был удостоен Нобелевской премии в 2018 году», — говорит Йохан Åqvist, профессор теоретической химии в отделе клеточной и молекулярной биологии, Университета в Упсале.

сделать разницу: спонсорские возможности