De overraskende schweizerkniv-lignende funktioner af et kraftfuldt enzym

Blågrønne alger (AKA cyanobakterier) har en superkraft, som sandsynligvis hjælper dem med at få stor succes som angribere af vandveje. De har en ekstraordinær evne til at lagre energi og nitrogen i deres celler til tider med behov. Men hvordan de præcist gør det, forbliver kun delvist forstået.

Nu har forskere fra McGill University og deres samarbejdspartnere ved ETH Zürich afsløret en spændende hidtil ukendt evne hos de enzymer (kendt som cyanophycinsyntetaser), der er aktive i at skabe disse fødevarereserver. Deres resultater, beskrevet i et nyligt papir i Nature Communications , er ikke kun videnskabeligt overraskende, men tager os et skridt tættere på at kunne bruge disse miljøvenlige polymerer til alt fra bandager til biologisk nedbrydelige anti-skaleringsmidler til dyrefoder.

Enzymer såsom cyanophycinsyntetaser (kaldet polymeraseenzymer, fordi de syntetiserer lange kæder af polymerer) kræver normalt primere i form af korte "startkæder" for at begynde at samle de lange kæder. Polymeraser fungerer som katalysatorer for en lang række biologiske funktioner, fra kickstart af processen med RNA- og DNA-replikation til omdannelse af glucose til glykogen som en måde at lagre energi til senere brug. Man mente, at cyanophycinsyntetaser fra mange forskellige cyanobakterier havde brug for primere ligesom alle andre polymeraser, men så opdagede forskerne noget nyt.

"Vi arbejdede med flere cyanophycinsyntetaser og fandt ud af, at en af ​​dem ikke behøvede at få primer," siger hovedforfatter Itai Sharon, en McGill Ph.D. studerende i biokemi. "Efter tre års eksperimenter, hvor vi forsøgte at finde ud af hvorfor ikke, opdagede vi, at denne cyanophycinsyntetase havde et skjult reaktionscenter i sig, der spalter bindinger mellem aminosyrer i stedet for at forbinde aminosyrer, hvilket er denne polymerases hovedopgave."

I modsætning til alle kendte polymeraser

Forskerne opdagede, at cyanophycinsyntetase langsomt kunne lave ekstremt små antal lange cyanophycinpolymerer i fravær af primer, som det nyopdagede reaktionscenter spalter i mange korte kæder, der derefter bruges som primere til hurtig polymerisering.

"Vi kalder cyanophycinsyntetase et 'schweizerkniv-enzym', siger Martin Schmeing, tilsvarende forfatter og direktør for McGill Centre de recherche en biologie structurale. "Det kombinerer tre enzymatiske funktioner - to bindingsskabende og en bindingsbrydende - i en elegant , selvforsynende polymeriseringsmaskine."

"Det, der gør det endnu mere specielt, er, at disse polymeraser er blevet undersøgt af mange forskere i årtier og årtier. Ingen, inklusive os, havde bemærket dette før." + Udforsk yderligere

Hvordan bakterier skaber en sparegris til de magre tider