Учёные впервые раскрыли структуру огромного ферментного комплекса

Новый метод позволил определить естественную структуру особенно крупных и сложных ферментов. Учёные из Университета Мартина Лютера в Галле-Виттенберге (MLU) и Берлинского технического университета опубликовали результаты в журнале Cell Reports. Они исследовали мультиферментный комплекс, играющий ключевую роль в метаболизме, и обнаружили, что он функционирует иначе, чем считалось ранее. Это поможет лучше понять некоторые заболевания.

Ферменты — это биокатализаторы клетки. Они ускоряют химические реакции в организме или обеспечивают их протекание. В результате они играют чрезвычайно важную роль в метаболизме. Отдельные ферменты часто образуют комплекс со многими субъединицами, как в случае пируватдегидрогеназного комплекса. Он встречается во всех клетках человека, животных и растений, а также у грибов и даже у некоторых бактерий. «Он жизненно важен для производства энергии в клетках», — объясняет доктор Панайотис Кастритис, доцент MLU и руководитель группы в Центре инновационной компетенции HALOmem.

«До сих пор ферментный комплекс всегда разбирали на отдельные части перед изучением. Исследование всего функционального комплекса очень сложно», — говорит Кастритис. Чтобы решить эту проблему, его команда объединила различные биохимические и биофизические методы исследования. Помимо масс-спектрометрии и химического анализа, особая форма электронной микроскопии — криоэлектронная микроскопия — была необходима для изучения такой сложной структуры. Она позволяет наблюдать сложные органические структуры с высоким разрешением и в их естественном состоянии. «Однако очень важно впоследствии собрать все эти данные в компьютерных моделях», — отмечает Кастритис. Для текущего исследования команда использовала клеточные экстракты гриба, который может выживать при высоких температурах, что облегчает анализ.

Учёные получили представление о том, как различные субъединицы ферментного комплекса взаимодействуют друг с другом, и также обнаружили, что он функционирует иначе, чем предполагалось ранее. «Раньше считалось, что все субъединицы непосредственно участвуют в реакции», — говорит Кастритис. «Но теперь мы знаем, что некоторые из них, по-видимому, образуют своего рода камеру, которая защищает реакцию». Поскольку комплексы очень похожи у разных организмов, результаты также помогают исследователям понять человеческий пируватдегидрогеназный комплекс.

Новый метод может помочь учёным лучше понять многие различные заболевания. Например, некоторые вирусы уменьшают количество ферментных ассоциаций в клетках. Этот эффект также наблюдался при болезни Альцгеймера. Однако в некоторых случаях ферменты функционируют неправильно, и жизненно важные реакции протекают либо слишком медленно, либо слишком быстро. «Если мы сможем лучше понять естественную структуру, мы сможем распознавать крошечные изменения и понимать, почему реакция больше не протекает, как должна», — говорит Кастритис. Эти знания теоретически также могут стать основой для новых вариантов лечения.