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Nanopore revela la enzima de forma-cambio conectada a la catálisis

La universidad de los científicos de Groninga observó las características de una única enzima dentro de un nanopore. Esto reveló que la enzima puede existir en cuatro diversos estados doblados, o los conformers, que desempeñan un papel activo en el mecanismo de la reacción. Estos resultados tendrán consecuencias para la ingeniería de enzima y el revelado de inhibidores. El estudio fue publicado en química de la naturaleza el 6 de abril.

nanoporeHaber de imagen: Juan Maglia, universidad de Groninga/EurekAlert.com

Las enzimas son las proteínas dobladas que tienen una estructura tridimensional específica que cree un sitio activo que pueda atar un substrato y catalice una reacción específica. Estos últimos años, se ha puesto de manifiesto que las enzimas no son estructuras rígidas pero que las proteínas dobladas existen como conjunto de conformaciones en equilibrio alrededor de un estado de tierra enérgico estable.

Túnel de viento

Estudiar la transición entre los estados requiere la observación de las únicas enzimas por un periodo de tiempo prolongado, que es desafiador. La universidad del profesor adjunto de Groninga de la biología química Juan Maglia desarrollado cono-dio forma los nanopores que pueden atrapar las proteínas.

Midiendo la corriente iónica a través de tal nanopore, embutido en una membrana artificial del lípido, Maglia podía observar cambios conformacionales en enzimas. “Usted podría compararlo con estudiar un vehículo en un túnel de viento,” él explica. La “apertura de una ventana o de una puerta cambiará la circulación de aire. De una manera similar, un cambio en la estructura que dobla de la enzima cambia la corriente iónica a través del poro.”

Maglia utilizó su sistema del nanopore para estudiar la reductasa del dihydrofolate de la enzima (DHFR), que convierte el dihydrofolate en tetrahydrofolate.

Elegimos esta enzima porque se ha estudiado como sistema modelo para la dinámica de la enzima por más de treinta años, usando todas las técnicas disponibles. Además, los inhibidores de esta enzima, tales como methotrexate, se utilizan como drogas anticáncer.”

Juan Maglia, universidad de Groninga

Baja eficiente

Las mediciones de DHFR revelaron la presencia de cuatro diversos conformers, con diversas afinidades para los substratos. Maglia: El “cambiar entre estos cuatro estados era muy lento. Esto significa que usted puede verlos solamente en estas clases de únicos estudios duraderos de la enzima.”

Agregar el methotrexate del inhibidor de la reacción, que ata a la enzima, causó una transición muy rápida entre los estados y cambió la afinidad de las enzimas. “Nuestra conclusión es que las reacciones de la enzima con diversas composiciones ofrecen la energía libre para los cambios conformacionales,” dice Maglia.

Además, el cambio conformacional también cambió la afinidad de las enzimas. Esto tiene sentido, mientras que la enzima necesita atar dos substratos y, después de terminar la reacción, debe liberar ambos. “El substrato y el producto son moléculas muy similares, así que la enzima necesita cambiar su afinidad para una baja eficiente.”

Dos estados

De acuerdo con estos estudios, Maglia puede ver la transferencia de la enzima entre dos estados: después de atar el substrato, NADPH impulsa la reacción que entonces cambia la conformación de la enzima y de tal modo de su afinidad. Posteriormente, atar un nuevo substrato lo trae de nuevo al primer estado. “Esto explica dos de los cuatro conformers que observamos; no podemos todavía tener sentido de los otros dos,” Maglia admitimos. Es imposible derivar la información estructural de las mediciones.

Sin embargo, el estudio muestra la potencia de la tecnología del nanopore en la determinación de los cambios estructurales de enzimas. “También ahora sabemos que esta enzima tiene cuatro diversos estados de tierra y debe cambiar entre ellos a la función.” Esto agrega un reto al diseño de la enzima: no sólo si esto produce un centro reactivo, solamente él debe también permitir los cambios conformacionales necesarios.

Esto puede explicar porqué las enzimas artificial diseñadas no trabajan a menudo tan eficientemente como las enzimas naturales. '”

Juan Maglia, universidad de Groninga

Finalmente, el estudio también permitirá que los científicos determinen las nuevas drogas de inhibición que atan más apretado a DHFR que methotrexate.

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