Учёные раскрыли структуру фермента, производящего целлюлозу растений
Исследователи из Университета Пердью определили структуру фермента, синтезирующего целлюлозу. Это открытие может упростить процессы расщепления растительных материалов для производства биотоплива и других продуктов.
Исследование также даёт самое детальное на сегодня представление о сложном процессе производства целлюлозы — основы клеточной стенки растений и самого распространённого органического соединения на планете.
"Несмотря на обилие целлюлозы, детали её синтеза остаются загадкой. Теперь мы приближаемся к молекулярной структуре отдельных ферментных белков, которые её синтезируют", — сказал Николас Карпита, профессор биологии растений.
Целлюлоза состоит из нескольких десятков цепочек глюкозы, связанных в кабелеподобную структуру и сконденсированных в кристалл. Жёсткость целлюлозы позволяет растениям стоять прямо и придаёт древесине прочность.
"Фунт за фунтом целлюлоза прочнее стали", — отметил Карпита.
Большой белковый комплекс синтезирует целлюлозу на поверхности растительной клетки. Основной единицей этого комплекса является фермент целлюлозосинтаза. Комплекс содержит до 36 таких ферментов, каждый из которых имеет область, известную как каталитический домен — место, где к растущей цепочке глюкозы добавляются отдельные сахара.
С помощью рентгеновского рассеяния команда показала, что целлюлозосинтаза представляет собой вытянутую молекулу с двумя областями: каталитическим доменом и меньшей областью, которая соединяется с другой молекулой фермента, образуя димер (две связанные молекулы). Эти димеры являются фундаментальными строительными блоками более крупного белкового комплекса, производящего целлюлозу.
"Определение формы целлюлозосинтазы и того, как она встраивается в белковый комплекс, представляет собой значительный прогресс в понимании работы этих растительных ферментов", — сказал Карпита.
Это открытие можно использовать для изменения структуры целлюлозы под различные материалы. Например, целлюлозу — основу многих тканей, таких как хлопок и вискоза, — можно модифицировать для лучшего поглощения красителей без химической обработки. Структуру также можно изменить, чтобы она легче расщеплялась для производства целлюлозного биотоплива.
"Десятилетиями мы старались заменить целлюлозу и другие природные продукты соединениями из нефти. Теперь биологи растений начинают делать обратное — используют новые знания в генетике, геномике и биохимии, чтобы создавать новые виды натуральных продуктов взамен тех, что мы сейчас производим из нефти", — заключил Карпита.