Нанопор раскрывает оборотничеству фермента связана с катализа

Университет Гронингена ученые наблюдали характеристик одного фермента внутри нанопор. Это показало, что фермент может существовать в четырех различных сложенном государства, или конформеров, которые играют активную роль в механизме реакции. Эти результаты будут иметь последствия для ферментной инженерии и развития ингибиторов. Исследование было опубликовано в химии природы на 6 апреля.

Ферменты складываются белки, которые имеют определенную трехмерную структуру, что создает активный сайт, что может связывать субстрат и катализировать специфическую реакцию. В последние годы стало ясно, что ферменты не являются жесткими структурами, но которые существуют сложенном белки как ансамбль конформаций в равновесии вокруг энергетически стабильном состоянии.

Аэродинамическая труба

Изучение переходов между состояниями требует соблюдения единого ферментов в течение длительного периода времени, что является сложной задачей. Университет Гронингена доцент кафедры химической биологии Джованни розовой развитых воронковидные нанопоры, которые могут подстерегать белков. Путем измерения ионного тока через такой нанопор, встроенные в искусственную липидную мембрану, розовой была возможность наблюдать конформационные изменения ферментов. — Вы могли бы сравнить это с изучением машину в аэродинамической трубе, — поясняет он. ‘Открываем окно или дверь будут менять воздушный поток. Аналогичным образом, изменение складной структура фермента изменяется ионный ток через поры.’

Розовой использовал свою систему нанопор для изучения фермента дигидрофолатредуктазы (ДГФР), который преобразует дигидрофолат в тетрагидрофолат. Мы выбрали этот фермент, потому что он был изучен в качестве модельной системы для ИФА в динамике на протяжении более тридцати лет, используя все доступные методы. Кроме того, ингибиторы этого фермента, такие как метотрексат, используются в качестве противораковых препаратов.

Эффективное освобождение

Замеры ДГФР выявлено наличие четырех различных конформеров, с разных сродства к субстратам. Розовой: ‘переключение между этими четырьмя государствами было очень медленным. Это означает, что их можно увидеть только в этих видах длительный один фермент исследований.

Добавление ингибитора реакции метотрексат, который связывается с ферментом, вызвало очень быстрый переход между государствами и изменяется сродство ферментов’. Наш вывод заключается в том, что реакции фермента с различными соединениями, дают свободной энергии конформационных изменений, — говорит розовой. Кроме того, конформационные изменения также изменяется сродство ферментов’. В этом есть смысл, так как фермент нужен для связывания двух субстратов и, после завершения реакции, необходимо отпустить обе. ‘Субстрата и продукта очень похожие молекулы, поэтому фермент должен изменить свое сродство для эффективного освобождения.’

Два государства

На основании этих исследований, розовой видите фермента переключения между двумя состояниями: после связывания субстрата, НАДФН приводит реакцию, которая затем изменяет конформацию фермента и тем самым его сродство. Впоследствии, привязку нового субстрата приносит его обратно в первое состояние. Это объясняет два из четырех конформеров, которые мы наблюдали, мы пока не можем понять смысл двух других,’ розовой признает. Невозможно извлечь структурную информацию из измерений.

Тем не менее, исследование показывает мощь технологии нанопор в определении структурных изменений ферментов. Мы также теперь знаем, что этот фермент имеет четыре различных земных государств и должна переключаться между ними по функции. Это добавляет вызов фермента дизайн: не только должно произвести реактивный центр, но он также должен обеспечивать необходимые конформационные изменения. Розовой: ‘это может объяснить, почему искусственно разработанные ферменты часто не работают так же эффективно, как натуральные ферменты’.Наконец, исследование также позволит ученым определить новые ингибирующие препараты, которые связывают крепче ДГФР, чем метотрексат.

сделать разницу: спонсорские возможности