Undersøgelse:Struktur af biokatalysatorer afhænger af, om de er i celler eller i reagensglas

Strukturen af ​​enzymer bestemmer, hvordan de styrer vitale processer såsom fordøjelse eller immunrespons. Dette skyldes, at proteinforbindelserne ikke er stive, men kan ændre deres form gennem bevægelige "hængsler". Formen af ​​enzymer kan afhænge af, om deres struktur måles i reagensglasset eller i den levende celle. Dette opdagede fysikokemikere ved universitetet i Bonn om YopO, et enzym af pestpatogenet. Dette grundlæggende resultat, som nu er blevet offentliggjort i tidsskriftet Angewandte Chemie , er potentielt også af interesse for medicinforskning.

Alle levende celler indeholder proteiner, som er afgørende for vedligeholdelsen af ​​kropsfunktioner. Proteiner består primært af aminosyrer og som katalysatorer (enzymer), muliggøre biokemiske reaktioner, der ellers ikke ville finde sted. Enzymer styrer f.eks. Fordøjelsen og immunsystemet. "Typen af ​​biokemiske reaktioner og hvordan de forekommer afhænger af proteinernes struktur, "siger prof. Dr. Olav Schiemann fra Institut for Fysisk og Teoretisk Kemi ved Universitetet i Bonn. Proteiner er ikke stive, men kan ændre deres form gennem bevægelige "hængsler". Dette samspil mellem struktur og dynamik bestemmer, hvad der sker. Enzymet og stoffet, der skal transformeres, skal passe sammen som en nøgle og lås for at katalysere en bestemt proces.

YopO er forankret i membranen og derfor særlig stabil

Forskerne brugte et protein fra pestpatogener (Yersinia) til deres forskning. Disse narrer immunsystemet ved at injicere proteiner som YopO (Yersinia ydre protein O) i de angribende makrofager. YopO binder til aktinen i de forsvarende celler, forårsager immuncellerne ikke længere i stand til at omslutte og fordøje patogenerne. "Vi brugte YopO, fordi dette enzym er medicinsk interessant og kan forankres eller immobiliseres i en membran, "forklarer Schiemann." Sidstnævnte er en vigtig forudsætning for vores målinger ved stuetemperatur. "

Nico Fleck fra Schiemanns forskningsgruppe udviklede spinetiketter til dette formål, der var specifikt tilpasset undersøgelser i cellen. Disse er små "flag", som teammedlem Caspar A. Heubach knyttet til forskellige positioner af proteinet. Ved hjælp af DQC (Double Quantum Coherence) -metoden, der fungerer som en lineal på molekylært niveau, holdmedlem Tobias Hett målte derefter afstandene mellem flagene. "Hvis vi kender afstanden mellem spin -etiketterne, vi kan udlede, hvilke strukturer et bestemt enzym er i stand til at antage, "siger Hett. Dette fungerer lidt som en" sat nav "for molekyler; trods alt, vejledningssystemet til køretøjer er også baseret på afstandsmålinger.

Forskerne anvendte DQC -metoden til YopO i reagensglasset og, til sammenligning, i æg af den afrikanske klofrø, som ofte bruges som modelorganismer i videnskaben. For målingerne i cellen, YopO mærket med flagene blev injiceret i æggene med en sprøjte, "ligner meget den måde, pestpatogenerne gør på molekylært niveau, "forklarer Nico Fleck. Dette viste, at YopO var i stand til at optage et større antal forskellige strukturer, når den var i vandig opløsning i reagensglas end i æggene." YopO er strukturelt mere mobil i reagensglas end i levende celler, "siger Schiemann." I celler, strukturer såsom membraner og interaktioner med andre proteiner reducerer den strukturelle mangfoldighed af YopO. "

Grundlæggende princip

Dette fund gælder ikke kun for YopO, men er et grundlæggende princip:I reagensglas er der ingen "korset" pålagt af andre cellestrukturer, udfoldelsesmulighederne for enzymer er større. Forskerne mener, at dette har konsekvenser for alle undersøgelser, der involverer biomolekyler. "Undersøgelser af de isolerede biomolekyler er bestemt vigtige. For et fuldstændigt billede, imidlertid, sådanne strukturer og dynamikker bør undersøges under så naturlige forhold som muligt, "siger Schiemann. Caspar Heubach tilføjer:" Hvis resultaterne af en undersøgelse refererer til biomolekylære processer i celler, man burde, som i dette tilfælde, Undersøg også strukturen og dynamikken af ​​proteiner i levende celler. "

Da proteiner styrer forskellige cellulære processer, de er også fokus for søgen efter nye behandlinger. Forskerne er derfor overbeviste om, at de resultater, som forskerteamet ved University of Bonn har fremlagt, også er af potentiel interesse for farmaceutisk forskning. "Interaktionerne i cellen er vigtige for proteiners struktur og dynamik, "siger Schiemann." Det gør derfor en forskel, hvordan strukturen af ​​enzymer bestemmes i søgningen efter aktive stoffer. "