Происхождение растительного фермента проследили до неферментных предков

Новое исследование показывает, как фермент растений, считающийся каталитически «идеальным», эволюционировал из белков-предков, не обладавших ферментативной активностью.

Ключевой фермент и его роль

  • Исследователи из Института Солка и Университета штата Айова изучили фермент халкон-изомеразу (CHI).
  • Этот фермент критически важен для производства флавоноидов — тысяч специализированных метаболитов, которые защищают растения от УФ-излучения, привлекают опылителей и отпугивают вредителей.
  • CHI описывается как «идеальный» фермент, так как он катализирует реакцию с максимально возможной скоростью: «Он работает на пределе своих возможностей».

Поиск предков

  • Хотя CHI существует только в царстве растений, поиск в геномах более древних организмов (бактерий, дрожжей) выявил родственные последовательности.
  • В геноме резуховидки Таля (Arabidopsis thaliana) ученые нашли три белка из семейства FAP, чья генетическая последовательность и молекулярная структура показали общее происхождение с CHI.

Неожиданное открытие

  • При экспрессии генов FAP в E. coli выяснилось, что эти белки прочно связывают молекулу жирной кислоты из бактерии-хозяина.
  • Рентгеноструктурный анализ подтвердил, что FAP имеют «карман», специфичный для связывания жирных кислот, в то время как у CHI карман предназначен для связывания халкона.

Эволюционная связь

  • FAP участвуют в первичном метаболизме (синтез жирных кислот в хлоропластах), жизненно важном для выживания.
  • CHI относится к специализированному метаболизму (производство флавоноидов), который важен для адаптации в дикой природе.
  • Ученые считают, что FAP являются эволюционными предками CHI, поскольку они существуют даже у водорослей и сохранялись естественным отбором более 500 миллионов лет.
  • Высокоэффективный фермент CHI, вероятно, развился позже, около 500 млн лет назад, когда растения начали переход на сушу и нуждались в защите от УФ-лучей.

Значение открытия

Это один из лучших примеров эволюции высокоэффективного фермента из неферментного белка, что может иметь значение для сельского хозяйства, биоэнергетики и питания.