Бета-каротин поддерживает активность ферментов при высокой нагрузке
Ферменты жизненно важны для метаболизма и управляют бесчисленными биологическими процессами у людей, растений и в промышленности. Однако, будучи перегруженными избытком субстрата, некоторые ферменты замедляются — это явление известно как субстратное ингибирование. Оно может снижать эффективность лекарств и промышленных процессов.
Исследователи из Технического университета Мюнхена (TUM) изучили этот механизм и обнаружили, что бета-каротин может помочь противодействовать ему. Исследование опубликовано в Nature Communications.
Ферменты помогают стирать одежду, поддерживают пищеварение и заставляют хлеб подниматься. Обычно, чем больше работы им дают, тем активнее они становятся. Но около 20% известных ферментов ведут себя иначе: при одновременном поступлении слишком большого количества молекул они замедляются или даже полностью прекращают работу.
До сих пор субстратное ингибирование не было хорошо изучено. Ученые полагают, что оно служит регуляторным механизмом внутри клеток, но также может иметь негативные последствия.
«Лабораторные эксперименты с некоторыми лекарствами показывают, что субстратное ингибирование может влиять на действие препаратов, — говорит Вильфрид Шваб, профессор биотехнологии природных продуктов в TUM. — Когда концентрация лекарства слишком высока, реакция может замедляться».
Тот же принцип может влиять на эффективность в таких областях, как производство продуктов питания и промышленная очистка.
Растительный фермент для самозащиты
Вильфрид Шваб и его команда впервые продемонстрировали, что порядок, в котором молекулы связываются с ферментом, может определять, произойдет ли субстратное ингибирование. Команда изучала фермент из табачного растения, который помогает преобразовывать фенолы — соединения с защитными свойствами — в форму, способную защитить растение от хищников или патогенов.
Фермент связывается как с молекулами сахара, так и с фенолами. Исследователи наблюдали, что когда сахар связывается первым, а затем фенол, фермент функционирует нормально. Но когда фенол слишком часто связывается первым, активность фермента ингибируется. Чем больше фенолов присутствует, тем чаще происходит эта ингибирующая последовательность, что в конечном итоге останавливает защитную реакцию растения.
Конкурентная молекула снижает нагрузку
Команда также сделала второе открытие: бета-каротин может смягчать это ингибирование и восстанавливать активность фермента. Он конкурирует с фенолами за те же сайты связывания на ферменте, предотвращая слишком частое присоединение фенолов первыми и запуск «отключения».
«Эта идея была основана на более ранних выводах, которые предполагали, что бета-каротин может влиять на субстратное ингибирование. Однако мы были удивлены, увидев, что бета-каротин действительно может снижать субстратное ингибирование», — говорит Шваб.
Но означает ли это, что бета-каротин может решить проблему повсеместно?
«Бета-каротин — не волшебная пуля, — предостерегает Шваб. — Как и во многих системах, баланс является ключом к правильной функции фермента. Но наше открытие открывает новые направления для исследований и в конечном итоге может помочь улучшить процессы в самых разных областях применения».