Kemikere finder et nyt værktøj til at forstå enzymer – Google

Yale-forskere har taget en ny tilgang til at optrevle den komplekse struktur og regulering af enzymer:De Googlede det.

I en ny undersøgelse offentliggjort online i denne uge i Proceedings of the National Academy of Sciences , kemiprofessor Victor Batista og hans kolleger brugte Google-algoritmen PageRank til at identificere vigtige aminosyrer i reguleringen af ​​et bakterielt enzym, der er vigtigt for de fleste mikroorganismer.

Enzymer er biomolekyler med den unikke evne til at accelerere kemiske reaktioner, der er nødvendige for livet. Selvom disse kemiske reaktioner normalt finder sted i en lille del af enzymet - kendt som det aktive sted - reguleres accelerationen af ​​reaktionen normalt af bindingen af ​​et molekyle i en anden del af enzymet. Bindingspositionen er kendt som det allosteriske sted.

På trods af årtiers studier, det er stadig dårligt forstået, hvordan information overføres fra det allosteriske websted til det aktive websted. En stor del af vanskeligheden har at gøre med det store antal involverede atomer og den store strukturelle fleksibilitet af enzymer.

Yale-holdet bemærkede, at et lignende spørgsmål var blevet behandlet år tidligere inden for computervidenskab. Forskere hos Google havde undersøgt informationsstrømmen på internettet, ved at bruge PageRank til at angive vigtigheden af ​​hver webside med hensyn til antallet og kvaliteten af ​​links til andre internetsider.

"Dette problem er fuldstændig analogt med udvekslingen af ​​information mellem fjerne steder, der karakteriserer allosterisme, sagde Uriel Morzan, en postdoc i Batistas laboratorium og medforfatter af undersøgelsen. "Ved at finde ud af, hvordan informationen strømmer gennem hvert atom ændres med bindingen af ​​en allosterisk aktivator til enzymet, det er muligt at finde de informationskanaler, der bliver aktiveret."

Yale-forskerne identificerede vigtige aminosyrer til den allosteriske proces i imidazolglycerolphosphatsyntase (IGPS), et bakterielt enzym, der findes i de fleste mikroorganismer.

Forskningen baner vejen for yderligere eksperimenter relateret til IGPS-aktivitet, der kan føre til udvikling af nye antibiotika, pesticider, og herbicider.

"Det er spændende, at datavidenskabelige metoder begynder at trænge ind i feltet teoretisk kemi, at give nye værktøjer til at forstå grundlæggende aspekter af katalytiske molekylære systemer, når de kombineres med avancerede molekylær dynamik simuleringer og kernemagnetisk resonans (NMR) spektroskopi, " sagde Batista, som også er medlem af Energy Sciences Institute på Yale's West Campus.

Medforfatter J. Patrick Loria, en Yale professor i kemi og i molekylær biofysik og biokemi, tilføjet:"Det er den synergistiske kombination af eksperimentel NMR og beregningsværktøjer, der muliggør denne dybere indsigt i biologisk funktion og demonstrerer vigtigheden af ​​samarbejde mellem teoretikere og eksperimenter."