Новости химической науки > Тайная жизнь белков

Результаты исследования ученых из Университета Брандейс (США) позволяют получить новую важную информацию о поведении белков на атомно-молекулярном уровне.

Впервые комплексное исследование биологически активных молекул методами рентгеноструктурного анализа и ядерного магнитного резонанса позволило непосредственно определить и визуализировать структуры белков, находящихся в ключевых для процесса ферментативного катализа состояниях, соответствующих метастабильным равновесиям на координате реакции. Исследование позволяет определить, как молекулярное движение белков в этих редких (их еще называют скрытыми) состояниях влияет на процесс ферментативного катализа.

Скрытая структура пролилизомеразы человека, определенная при комнатной температуре с помощью рентгеноструктурного анализа высокого разрешения. Быстрый переход между главной (синий) и минорной (светло-голубая) структурами важна для каталитической активности. (Рисунок из Nature, 2009, 462, 669; doi:10.1038/nature08615)

Результаты исследования позволяют найти новые фрагменты белков-ферментов, которые могли бы выступать в роли молекулярных мишеней для потенциальных лекарств. Исследования подобного рода являются краеугольным камнем для направленной разработки новых фармацевтических препаратов.

Лекарства могут связываться или стыковаться с редко встречающимися метастабильными третичными структурами ферментов-мишеней, эти незначительные изменения третичной структуры практически невозможно определить традиционными методами. Исследователи полагают, что более эффективная блокировка ферментов-мишеней может быть достигнута на основании изучения механизма стыковки лекарств с целым набором структур одного и того же белка, а не с его единичным состоянием.

Новое исследование представляет собой логическое продолжение прежних работ биохимиков из Университета Брандейс, направленных на детальное изучение функций белковых молекул с помощью методов ЯМР. Длительное время исследователи считали, что изменения третичной структуры белков-катализаторов реализуются лишь непосредственно в процессе каталитического акта и направлены на организацию строения активного центра фермента, необходимую для распознавания субстрата.

Несколько лет назад Дороти Керн (Dorothee Kern) с помощью метода ЯМР обнаружила, что некоторые белки могут переходить в метастабильные энергетические состояния и в том случае, когда белок не выполняет каталитические функции, однако «картинки», отображающие эти третичные структуры белков в этих состояниях еще не были получены.

В новой работе Керн сообщает, что ей удалось достичь нового уровня в понимании поведения белков, впервые получив картину высокого разрешения, описывающую третичную структуру белка, принимаемую им в метастабильном энергетическом состоянии.

Для точного определения структуры исследователи с помощью высокоразрешающего рентгеноструктурного анализа еще раз проанализировали ту информацию об электронной плотности белков, которая ранее расценивалась как фоновые шумы. Аналитический эксперимент был проделан при комнатной температуре. В качестве модели исследования был выбран циклофилин А (cyclophilin A) человека, фермент, который вирус иммунодефицита «одалживает» у человека для собственной репликации.

Результаты рентгеноструктурного анализа в комбинации с методами ЯМР позволили получить прямое экспериментальное свидетельство в пользу того, что скрытые третичные структуры белков важны для катализа. Исследователи изучили процесс интерконверсии – явления, которые происходят при переходе от метастабильной третичной структуры белка к структуре стабильной. При быстрой интерконверсии фермент способствует быстрому протеканию каталитической реакции, медленная интерконверсия замедляет фермент-ассистируемые превращения.

Источник: Nature, 2009, 462, 669; doi:10.1038/nature08615

метки статьи: #аналитическая химия, #биохимия, #медицинская химия, #молекулярная биология, #химия поверхности, #химия полимеров