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Nanopore indique l'enzyme forme-changeante jointe à la catalyse

L'université des scientifiques de Groningue a observé les caractéristiques d'une enzyme unique à l'intérieur d'un nanopore. Ceci a indiqué que l'enzyme peut exister dans quatre conditions pliées différentes, ou les conformers, qui jouent un rôle actif dans le mécanisme de réaction. Ces résultats auront des conséquences pour le génie enzymatique et le développement des inhibiteurs. L'étude était publiée en chimie de nature le 6 avril.

nanoporeCrédits d'image : Giovanni Maglia, université de Groningue/EurekAlert.com

Les enzymes sont des protéines pliées qui ont une structure en trois dimensions spécifique qui produit un site actif qui peut gripper un substrat et catalyse une réaction spécifique. Ces dernières années, il est apparu clairement que les enzymes ne sont pas les structures rigides mais que les protéines pliées existent comme ensemble de conformations dans l'équilibre autour d'un état fondamental énergétiquement stable.

Soufflerie

L'étude du passage entre les conditions exige observer les enzymes uniques pendant un laps de temps prolongé, qui est provocant. L'université du professeur agrégé de Groningue de la biologie chimique Giovanni Maglia a développé les nanopores en forme d'entonnoir qui peuvent enfermer des protéines.

En mesurant le courant ionique en travers d'un tel nanopore, inclus dans une membrane artificielle de lipide, Maglia pouvait observer les changements conformationnels des enzymes. « Vous pourriez le comparer à étudier un véhicule dans une soufflerie, » il explique. La « ouverture d'un hublot ou d'une trappe changera le flux d'air. D'une voie assimilée, un changement de la structure se pliante de l'enzyme change le courant ionique par le pore. »

Maglia a employé son système de nanopore pour étudier la réductase de dihydrofolate d'enzymes (DHFR), qui convertit le dihydrofolate en tetrahydrofolate.

Nous avons choisi cette enzyme parce qu'elle a été étudiée comme système modèle pour la dynamique d'enzymes pendant plus de trente années, utilisant toutes les techniques procurables. De plus, des inhibiteurs de cette enzyme, tels que le méthotrexate, sont employés en tant que médicaments anticancéreux. »

Giovanni Maglia, université de Groningue

Desserrage efficace

Les mesures de DHFR ont indiqué la présence de quatre conformers différents, avec différentes affinités pour les substrats. Maglia : Le « changement entre ces quatre conditions était très lent. Ceci signifie que vous pouvez seulement les voir dans ces genres d'études uniques durables d'enzymes. »

Ajouter le méthotrexate d'inhibiteur de réaction, qui grippe à l'enzyme, a entraîné un passage très rapide entre les conditions et a changé l'affinité des enzymes. « Notre conclusion est que les réactions de l'enzyme avec différents composés fournissent l'énergie libre pour les modifications conformationnelles, » dit Maglia.

En outre, la modification conformationnelle a également changé l'affinité des enzymes. Ceci semble raisonnable, pendant que l'enzyme doit gripper deux substrats et, après avoir complété la réaction, doit relâcher les deux. « Le substrat et le produit sont les molécules très assimilées, ainsi l'enzyme doit changer son affinité pour un desserrage efficace. »

Deux conditions

Basé sur ces études, Maglia peut voir la commutation d'enzymes entre deux conditions : après avoir grippé le substrat, le NADPH pilote la réaction qui change alors la conformation de l'enzyme et ainsi de son affinité. Par la suite, gripper un substrat neuf le porte de nouveau à la première condition. « Ceci explique deux des quatre conformers que nous avons observés ; nous ne pouvons pas encore sembler raisonnable des autres deux, » Maglia admet. Il est impossible de dériver l'information structurelle des mesures.

Cependant, l'étude montre le pouvoir de la technologie de nanopore en déterminant les modifications de structure des enzymes. « Nous savons également maintenant que cette enzyme a quatre états fondamentaux différents et doit commuter entre eux au fonctionnement. » Ceci ajoute un défi au modèle d'enzymes : non seulement si ceci produit un centre réactif, mais lui devrait également permettre les modifications conformationnelles nécessaires.

Ceci peut expliquer pourquoi les enzymes artificiellement conçues souvent ne fonctionnent pas aussi efficacement que les enzymes naturelles. ' »

Giovanni Maglia, université de Groningue

En conclusion, l'étude permettra également à des scientifiques de recenser les médicaments inhibants neufs qui grippent plus serré à DHFR que le méthotrexate.

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