Фундаментальное открытие проливает новый свет на работу ферментов
Ферменты, двигаясь на молекулярном уровне, выполняют сотни химических процессов, необходимых для жизни. Часто белковые комплексы рассматривают как статичные объекты, но это не так, как показано в статье, опубликованной 8 ноября в открытом журнале PLoS Biology. Работа демонстрирует, что сама степень гибкости белка может быть важной характеристикой функции фермента.
«Наше открытие, возможно, позволит нам найти "регуляторы", с помощью которых можно улучшить каталитическую скорость ферментов и выполнять множество функций более эффективно», — заявил автор Пратул Агарвал из Национальной лаборатории Ок-Ридж.
Это открытие стало возможным благодаря суперкомпьютеру Jaguar, который позволил исследовать большое количество ферментов в атомном масштабе. Учёные обнаружили, что ферменты обладают схожими особенностями гибкости, которые полностью сохраняются от простейших живых организмов — бактерий — до сложных форм жизни, включая человека.
«Если что-то важно для функции, то оно будет присутствовать в белке, выполняющем ту же функцию у разных видов», — пояснил Агарвал.
Учёные десятилетиями знали, что определённые аспекты белковой последовательности и некоторые структурные особенности фермента также сохраняются из-за их важной функции. Теперь Агарвал и Раманатан полагают, что то же самое верно и для гибкости фермента: она консервативна, независимо от последовательности и структуры.
«Важность структуры ферментов известна более 100 лет, но только недавно мы начали понимать, что внутренние движения могут быть недостающим элементом головоломки, объясняющим, как работают ферменты», — отметил Агарвал.
Это исследование основывается на предыдущей работе, в которой Агарвал идентифицировал сеть белковых вибраций в ферменте Cyclophilin A, участвующем во многих биологических реакциях, включая вирус HIV-1, вызывающий СПИД.
Агарвал видит потенциал этого исследования как для создания лекарств, способных воздействовать на трудноизлечимые заболевания, такие как СПИД, так и для применения в энергетике, особенно в области производства целлюлозного этанола. Высокоэффективные ферменты могут снизить стоимость биотоплива.