Исследование внутренней работы "белковых наномашин"

Трехлетний контракт на 1,5 миллиона долларов от программы энергетической биологии Министерства энергетики США получила Тихоокеанская северо-западная национальная лаборатория (PNNL). Цель — разработка новых инструментов и методов для изучения молекулярных механизмов ферментов.

Ферменты — "белковые наномашины" клеток — имеют потенциал для энергетических применений: производство водорода, разработка топливных элементов и восстановление окружающей среды. Однако для этого необходимо заполнить пробелы в фундаментальном понимании ферментативных процессов. Редокс-ферменты, на которые нацелен новый проект, необходимы всем формам жизни, так как обеспечивают циклы реакций восстановления и окисления посредством переноса электронов в клетках.

Первый шаг: исследователи PNNL объединят электрохимический метод "циклическая вольтамперометрия" с одно-молекулярной спектроскопией в новый электрохимический одно-молекулярный спектрометр (CVSMS). Это оборудование позволит проводить динамические исследования фундаментальных редокс-реакций ферментов.

Ферменты обычно нестабильны вне клетки, что затрудняет их изучение. В предыдущей работе ученые PNNL обнаружили способ стабилизировать ферменты и продлить их срок жизни, заключая их в наноструктурированную матрицу.

В новом эксперименте ферменты будут стабилизированы в этой матрице и помещены в миниатюрную электрохимическую ячейку, подающую контролируемый электрический ток. Исследователи будут наблюдать за отдельными молекулами ферментов в действии, пока небольшие импульсы электричества влияют на их каталитические реакции. Используя химические сигнатуры, генерируемые CVSMS, они будут изучать процессы каталитического переноса электронов.

Для получения необходимых вариантов ферментов команда будет использовать новый бесклеточный процесс, а не традиционные клеточные методы производства белков. Уникальный роботизированный инструмент может производить до 384 белков или их вариантов в день.

"Мы ожидаем, что понимание, полученное в этом исследовании, даст фундаментальные знания, необходимые для понимания роли переноса электронов в каталитических реакциях", — сказал главный исследователь Эрик Аккерман, добавив, что работа может быть полезна для биоэнергетики и восстановления окружающей среды.

В исследовательскую группу также входят со-руководители Ченгхонг Лей, Дэхун Ху и Чак Виндиш.

Источник: PNNL