Новости химической науки > Искусственные ферменты приближаются по свойствам к природным

Исследователи из Университета Мичигана, работавшие под руководством Винсента Пекораро (Vincent Pecoraro) получили синтетический металлопротеид, каталитическая активность которого, несмотря на существенные отличия строения синтетического белка от структуры природных ферментов, приближается к каталитической активности природных белков-катализаторов.

Активный центр синтетического фермента. (Рисунок из Nat. Chem, 2011, doi 10.1038/NCHEM.1201)

Разработанный в группе Пекораро синтетический фермент катализирует конверсию диоксида углерода и воды в гидрокарбонат-ион. Исследователи надеются, что этот важный для биологических систем процесс, в перспективе может сыграть свою роль в понижении концентрации углекислого газа в атмосфере. Синтетический фермент, состоящий из трехцепочечного суперспирализованной аминокислотной последовательности, связанной с активным центром, содержащим атом цинка, уступает природному ферменту по активности всего лишь в 500 раз – тем не менее, такая каталитическая активность в 70 раз выше прежнего рекорда каталитической активности, поставленного синтетическим ферментом-ангидразы, ускорявшим такую же реакцию.

Такая высокая производительность реализуется, несмотря на то, что в составе искусственного фермента отсутствует характерная для природных ферментов «вторая сфера» каталитического центра, стабилизирующая комплекс фермент-субстрат и способствующая переносу протона. Пекораро отмечает, что он и его коллеги были приятно удивлены такой каталитической активностью полученного ими белка-катализатора. Он добавляет, что результаты работы наглядно демонстрируют возможность связывания иона металла гидрофобным окружением в водном растворе, демонстрируя, что значительная активность синтетических ферментов может быть достигнута и без дизайна и синтеза второй сферы.

Хотя синтетический металлопротеид, полученный в группе Пекораро, является для исследователя первой (хотя и небезуспешной) попыткой продемонстрировать свои результаты в области синтеза искусственных ферментов, синтезу белка катализатора предшествовали годы исследования особенностей строения каталитически активных металлопротеидов. Изучение ферментных систем позволило исследователям разработать принципиально новый дизайн для белка, связывающего два разделенных атома металла. Так, с одним концом белковой цепи связан с гидрофобными фрагментами атом цинка, представляющий ядро каталитически активного центра синтетического фермента, а с другим концом белковой цепи была связана ртутьсодержащая группа, стабилизировавшая искусственную белковую структуру при высоких значениях pH.

Колин Джексон, специалист по дизайну и синтезу искусственных ферментов из Национального Университета Австралии, отмечает, что результаты новой работы являются существенным шагом вперед в области получения искусственных ферментных систем. Он добавляет, что полученные к настоящему времени синтетические ферменты значительно превосходят по эффективности низкомолекулярные катализаторы, однако их активность в сотни или тысячи раз активность природных ферментных систем. Он предполагает, что результаты работы химиков из Мичигана позволят определить факторы, ключевые для активности ферментов и на их основе разработать новые, еще более эффективные синтетические ферменты.

Источник: Nat. Chem, 2011, doi 10.1038/NCHEM.1201

метки статьи: #биохимия, #кинетика и катализ, #межмолекулярные взаимодействия, #молекулярная биология