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Nanopore rivela l'enzima forma-mobile collegato alla catalisi

L'università di scienziati di Groninga ha osservato le caratteristiche di singolo enzima dentro un nanopore. Ciò ha rivelato che l'enzima può esistere in quattro stati profilatura differenti, o conformers, che svolgono un ruolo attivo nel meccanismo della reazione. Questi risultati avranno conseguenze per assistenza tecnica degli enzimi e lo sviluppo degli inibitori. Lo studio è stato pubblicato in chimica della natura il 6 aprile.

nanoporeCrediti di immagine: Giovanni Maglia, università di Groninga/EurekAlert.com

Gli enzimi sono proteine profilatura che hanno una struttura tridimensionale specifica che crea un sito attivo che può legare un substrato e catalizza una reazione specifica. Negli ultimi anni, è stato evidente che gli enzimi non sono strutture rigide ma che le proteine profilatura esistono come insieme di conformazioni nell'equilibrio intorno ad uno stato fondamentale energetico stabile.

Galleria del vento

Lo studio della transizione fra gli stati richiede l'osservazione degli enzimi singoli per un periodo prolungato, che è provocatorio. L'università di professore associato di Groninga di biologia chimica Giovanni Maglia ha sviluppato i nanopores a forma di imbuto che possono intrappolare le proteine.

Misurando la corrente ionica attraverso un tal nanopore, incluso in una membrana artificiale del lipido, Maglia poteva osservare i cambiamenti conformazionali in enzimi. “Potreste paragonarlo a studiare un'automobile in una galleria del vento,„ lui spiegate. “Aprire una finestra o una porta cambierà il flusso d'aria. In un simile modo, un cambiamento nella struttura d'profilatura dell'enzima cambia la corrente ionica attraverso il poro.„

Maglia ha usato il suo sistema del nanopore per studiare la riduttasi del dihydrofolate degli enzimi (DHFR), che converte il dihydrofolate in tetrahydrofolate.

Abbiamo scelto questo enzima perché è stato studiato come sistema-modello per la dinamica degli enzimi per oltre trenta anni, facendo uso di tutte le tecniche disponibili. Inoltre, gli inibitori di questo enzima, quale methotrexate, sono usati come droghe anticancro.„

Giovanni Maglia, università di Groninga

Versione efficiente

Le misure di DHFR hanno rivelato la presenza di quattro conformers differenti, con differenti affinità per i substrati. Maglia: “Passare fra questi quattro stati era molto lenta. Ciò significa che potete vederli soltanto in questi generi di singoli studi duraturi degli enzimi.„

L'aggiunta del methotrexate dell'inibitore della reazione, che lega all'enzima, ha causato una transizione molto rapida fra gli stati ed ha cambiato l'affinità degli enzimi. “La nostra conclusione è che le reazioni dell'enzima con differenti composti forniscono l'energia libera per i cambiamenti conformazionali,„ dice Maglia.

Ancora, il cambiamento conformazionale egualmente ha cambiato l'affinità degli enzimi. Ciò ha significato, mentre l'enzima deve legare due substrati e, dopo il completamento della reazione, deve rilasciare entrambi. “Il substrato ed il prodotto sono molecole molto simili, in modo dall'enzima deve cambiare la sua affinità per una versione efficiente.„

Due stati

Sulla base di questi studi, Maglia può vedere la commutazione degli enzimi fra due stati: dopo avere legato il substrato, NADPH determina la reazione che poi cambia la conformazione dell'enzima e quindi della sua affinità. Successivamente, legare un nuovo substrato lo porta di nuovo al primo stato. “Questo spiega due dei quattro conformers che abbiamo osservato; non possiamo ancora avere significato degli altri due,„ Maglia ammettiamo. È impossible da derivare le informazioni strutturali dalle misure.

Tuttavia, lo studio mostra la potenza della tecnologia del nanopore nella determinazione dei mutamenti strutturali degli enzimi. “Egualmente ora sappiamo che questo enzima ha quattro stati fondamentali differenti e deve passare fra loro alla funzione.„ Ciò aggiunge una sfida a progettazione degli enzimi: non solo se questo produce un centro reattivo, ma dovrebbe anche permettere i cambiamenti conformazionali necessari.

Ciò può spiegare perché gli enzimi artificialmente progettati non funzionano spesso efficientemente quanto gli enzimi naturali. '„

Giovanni Maglia, università di Groninga

Per concludere, lo studio egualmente permetterà che gli scienziati identifichino le nuove droghe d'inibizione che legano più stretto a DHFR che il methotrexate.

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