Новости космоса и технологий. » Химия » Понимание кислородных ферментов

Понимание кислородных ферментов

Опубликовал: Admin, 29-09-2020, 01:01, Химия, 81, 0

Понимание кислородных ферментов

Метан - мощный парниковый газ, играющий центральную роль в глобальном углеродном цикле. В то же время это важный источник энергии для нас, людей. Примерно половину его годового производства составляют микроорганизмы, известные как метаногены, которые разлагают органический материал, такой как мертвые растения. Обычно это происходит в среде без кислорода, так как этот газ смертен для метаногенов. Но даже в фактически бескислородных средах иногда появляются молекулы кислорода. Чтобы обезвредить этих злоумышленников, метаногены обладают специальным ферментом, способным превращать кислород в воду.

«Ферменты являются жизненно важными компонентами метаболизма всех живых организмов, и цель нашей лаборатории - понять, как эти наномашины работают на молекулярном уровне», - говорит Тристан Вагнер из Института морской микробиологии Макса Планка и первый автор исследования. опубликовано в научном журнале Химическая коммуникация в сентябре 2020 года. Для исследования Вагнер культивировал анаэробный микроорганизм под названием Methanothermococcus thermolithotrophicus, который возник из донных отложений Неаполитанского залива. Он очистил фермент F420-оксидаза, белок флаводиирон, и его кристаллизация - распространенный метод изучения функционирования ферментов.

«Уже было известно, что F420-оксидаза может превращать кислород в воду», - говорит Вагнер. «Но нам удалось расшифровать механизм». Исследование является результатом сотрудничества ученых из Института морской микробиологии Макса Планка, Института земной микробиологии Макса Планка, Института Пауля Шеррера, Междисциплинарного научно-исследовательского института Гренобля и Европейского центра синхротронного излучения.

Кислород заблокирован в

Как выяснили исследователи, этот механизм имеет важное требование: кислород очень реактивен, поэтому крайне важно, чтобы реакция правильно контролировалась ферментом и чтобы вокруг не было растворителей. В противном случае кислород может случайно превратиться в супероксид и убить анаэроб. Уловка фермента F420-оксидазы заключается в использовании газового канала и вентильной системы. Молекула кислорода сначала направляется по определенному каналу в соответствующую безводную каталитическую полость, содержащую железо. Затем железо превращает кислород в воде, который будет выпущен с помощью механизма стробирования. Для этого полость начинает двигаться и открывает небольшую «дверцу». Благодаря движению вновь образованная вода выносится наружу. Пустая полость снова закрывается и становится доступной для следующей молекулы кислорода.

Чтобы понять этот механизм, ученые использовали рентгеновскую кристаллографию. Сначала они получили кристаллическая структура без кислорода, где они могли видеть безводную каталитическую полость, изолированную от растворителя. Затем они обработали кристаллы фермента инертным газом криптоном, который, в отличие от кислорода, можно увидеть с помощью рентгеновских лучей. После этого они облучали кристаллы фермента и смогли обнаружить атомы криптона, показывающие газовый канал, ведущий в каталитическую полость. Белок флаводиирон и его канал сохраняются не только в метаногенах, но и в других микроорганизмах, таких как клостридии (которые живут в основном в почве или пищеварительном тракте), в серных бактериях Desulfovibrio gigas или даже в кишечном паразите Giardia Кишечник.

Чем быстрее, тем лучше

«Эта реакция действительно быстрая», - говорит Сильвен Энгилберг из Института Пауля Шеррера и первый автор исследования рядом с Тристаном Вагнером. «Эта скорость также имеет большое значение для нашего расследования». Подобные ферменты, такие как лакказа, действуют намного медленнее. «Для будущего применения электрохимических процессов, основанных на биохимических процессах, нам нужно больше узнать о химической реакции, структуре и функциях различных групп ферментов, восстанавливающих кислород», - говорит Энгильберг. Это также проложило бы путь белковой инженерии, чтобы превратить высокопроизводительный детоксификатор O2 в приемник электронов для промышленных процессов.

«Нашим следующим шагом будет понимание разнообразия белка флаводиирона», - говорит Тристан Вагнер. Некоторые гомологи нацелены не на кислород, а на ядовитый оксид азота, их ферменты могут различать оба газа с высокой специфичностью. Но что такое селективный фильтр? Газовый канал? Окружение каталитической полости? «Необходимо провести дополнительные исследования, чтобы понять, как белок различает кислород и оксид азота», - добавляет Вагнер. Обладая такими знаниями, можно было бы, например, на основе геномной информации предсказать, будет ли белок флаводиирон кислород или поглотитель оксида азота.


Источник


У данной публикации еще нет комментариев. Хотите начать обсуждение?

Написать комментарий
Имя:*
E-Mail:
Введите код: *
Кликните на изображение чтобы обновить код, если он неразборчив


Поиск по сайту
Полезные ссылки
Оцените работу сайта

TEHNONEWS

Новости космоса технологий нанотехнологий физики и химии