Открытие в биохимии растений открывает новые научные и технологические горизонты
Исследователи из Университета Аделаиды открыли фундаментальный биохимический механизм в жизни растений, который может иметь далеко идущие последствия для многомиллиардной биомедицинской, фармацевтической, химической и биотехнологической промышленности.
В организмах растений или млекопитающих работают до 80 000 фундаментальных для жизни ферментов, от которых зависят почти все биохимические реакции. Ферменты катализируют множество химических реакций, продукты которых могут использоваться как строительные блоки или метаболиты, либо служить источником энергии для всех функций организма.
Учёные открыли новый механизм ферментативного катализа — процесса, ускоряющего химические реакции. По их мнению, это открытие может повлиять на работы в области производства биотоплива, переработки пищевых продуктов и материалов, а также на открытие лекарств.
Исследование опубликовано в журнале Nature Communications.
Ведущий исследователь, профессор Мария Хрмова, отметила, что решение пришло, когда команда объединила методы высокоразрешающей рентгеновской кристаллографии, кинетики ферментов, масс-спектрометрии, спектроскопии ядерного магнитного резонанса (NMR) и многомасштабного 3-D молекулярного моделирования.
С помощью компьютерного моделирования учёные обнаружили замечательное явление во время начальных и конечных каталитических событий на поверхности фермента, обрабатывающего глюкозу у растений. Фермент формировал полость, которая позволяла захваченной глюкозе высвободиться, чтобы начать следующий цикл катализа.
Теперь, когда можно моделировать эти наномасштабные движения, открыта дверь к новым знаниям о динамике ферментов, которые ранее были недоступны. По словам профессора Хрмовой, такие открытия случаются раз в поколение.
В открытии механизма катализа участвовали специалисты по молекулярной биологии растений, биохимии, биофизике, биоинформатике и компьютерным наукам из семи стран (Австралия, Франция, Таиланд, Испания, Чили, Словакия и Китай).
Возможность описывать эти сверхбыстрые процессы, которые невозможно зафиксировать обычными экспериментальными методами, означает, что теперь можно работать над улучшением каталитических скоростей ферментов, их стабильности и ингибирования продуктом. Это будет иметь значение для биотехнологий, направленных на разработку или производство продуктов с помощью новых форм биоинженерных ферментов, которые также могут использоваться вне биологических систем.