Срочные новости раздела
Ученые исследуют происхождение ферментов

Ученые исследуют происхождение ферментов

Исследователи использовали эволюционное «путешествие во времени», чтобы узнать, как фермент эволюционировал с течением времени от одного из самых древних организмов Земли до современных людей, — пишет eurekalert.org.

Cтруктура древнего фермента из архей Одина, молекулы субстрата показаны зеленым цветом© Magnus Wolf-Watz

«Различие между прошлым, настоящим и будущим — всего лишь очень стойкая иллюзия», — писал Альберт Эйнштейн. Возможно, это нигде так не очевидно, как в эволюции белков, где прошлые и настоящие версии одного и того же фермента существуют сегодня у разных видов, что имеет значение для дизайна ферментов в будущем.

«Если человек живет в современном Риме, он может захотеть узнать о Древнем Риме, чтобы лучше понять, кто он, — говорит Магнус Вольф-Вац, доктор философии, главный исследователь проекта. — Таким же образом мы можем оглянуться назад во времени на более древние формы ферментов, чтобы понять, как белки работают сегодня и как мы можем создавать новые версии в будущем».

Вольф-Ватц из Университета Умео в Швеции обратился к примитивным организмам, известным как археи, живущим примерно 2–3 миллиарда лет назад. Эти одноклеточные формы жизни, которые существуют до сих пор, обладают характеристиками как прокариот (бактерий, у которых отсутствует клеточное ядро), так и эукариот (организмов, таких как растения, животные и грибы, которые имеют ядро ​​в своих клетках). Ветвь архей, известная как филум Асгарда, открытая в 2015 году, включает в себя ближайших известных предков эукариотических клеток. Было идентифицировано четыре типа архей Асгарда, в том числе археи Одина, обнаруженные в гидротермальных жерлах глубоко в Атлантическом океане.

У архей Одина есть фермент под названием аденилаткиназа (AK), который также содержится в прокариотах и ​​эукариотах. Вольф-Ватц ранее изучал два типа этого фермента у человека — AK1 и AK3. Оба важны для поддержания энергетического баланса в клетках, но AK1 находится в цитоплазме, где он передает фосфатную группу от аденозинтрифосфата (АТФ, основного энергоносителя в клетках) в аденозинмонофосфат (АМФ). Напротив, AK3 находится в митохондриях, где он переносит фосфатную группу от гуанозинтрифосфата (ГТФ, молекула, подобная АТФ, но с другими функциями) к AMФ.

Команда Вольфа-Ватца использовала рентгеновскую кристаллизацию и спектроскопию ядерного магнитного резонанса для изучения структур AK1 и AK3, обнаружив, что, хотя ферменты очень похожи, у них есть тонкое различие в области короткой петли, которая заставляет AK1 предпочитать АТФ и AK3 — предпочитать ГТФ. «Теперь мы можем взять любой фермент АК, посмотреть на структуру этой петли и предсказать, будет ли он использовать АТФ или ГТФ», — говорит Вольф-Ватц. Следующим шагом было изучение более древней версии фермента AK — от архей Одина — чтобы узнать, как AK1 и AK3 эволюционировали, чтобы предпочесть разные нуклеотидные субстраты.

Исследователи очистили АК архей и определили ее структуру. Они обнаружили, что петля, важная для различения АТФ и ГТФ, намного длиннее в ферменте архей и имеет химические группы, которые могут связывать любой нуклеотид. «То, что мы обнаружили, является ранним предком АК человека, который обладает двумя способностями — он может использовать как АТФ, так и ГТФ, — говорит Вольф-Ватц. — В ходе эволюции он стал специализироваться, чтобы стать специфичным для одного или другого, в зависимости от клеточного компартмента, в котором он находится». AK архей действительно может использовать все встречающиеся в природе нуклеотидтрифосфаты (НТФ). «Мы обнаружили универсальный мотив связывания НТФ, который может стать строительным блоком для будущей разработки новых ферментов», — говорит Вольф-Ватц.

АК архей содержит три копии фермента (известные как тример), которые связываются друг с другом посредством спиральной структуры. В АК человека мутация в этой области делает копии фермента неспособными прикрепляться друг к другу. Человеческие ферменты, которые функционируют независимо, почти в 1000 раз активнее. Тример мог быть более стабильным в экстремальных условиях гидротермальных источников, но человеческие ферменты могли обменять эту термостабильность на более высокую активность, что важно в более прохладной среде, говорит Вольф-Ватц.

Затем исследователи хотят разработать новые ферменты, которые могут быть полезны в органическом синтезе или разработке лекарств. Они также хотят изучить другие ферменты архей Одина и изучить, как они могли эволюционировать на протяжении эпох. «Мы изучили один фермент и сделали это фантастическое открытие, — говорит Вольф-Ватц. — Конечно, там остается нечто, что можно найти. Как будто мы копаемся в сундуке с сокровищами».

Запись брифинга для СМИ по этой теме опубликована в среду, 25 августа, в 9:00 по восточному времени США на сайте www.acs.org/acsfall2021briefings.

Источник: scientificrussia.ru

Источник: sci-dig.ru

Последние записи - Наука

самые читаемые новости

#Наука

Ученые посадили мышей, больных раком, на диету с разным содержанием хлорида натрия, а затем проверяли различия в росте опухоли. Как выяснилось, у грызунов, потреблявших больше соли, наблюдалось
подробнее...

Ученые из Музея естественной истории в Лондоне, Бирмингемского университета, Университетского колледжа Лондона, Университета Сиди Мохамеда бен Абделлаха в Фесе (Марокко) и Цюрихского университета
подробнее...

Ученым-физикам впервые за всю историю науки удалось создать вихревой атомарный луч, своего рода закрученный «торнадо» из атомов и молекул, обладающий некоторыми удивительными квантовыми свойствами,
подробнее...

Постоянная тонкой структуры примерно в 10 раз превышает ее нормальное значение в материале, называемом квантовым спиновым льдом,- пишет sciencenews.org.  Новый расчет намекает, что квантовый спиновый
подробнее...

Ученые Института теоретической и экспериментальной биофизики РАН в эксперименте с крысами показали, что черный чай в дозе, эквивалентной одной чашке чая обычной заварки, полностью предотвращает
подробнее...

Международная команда исследователей проанализировала звуки орангутанов в естественной среде обитания и пришла к выводу, что общепринятая теория возникновения человеческого языка может быть ошибочной.
подробнее...

Новое исследование, проведенное палеонтологами из Университета Саутгемптона (Великобритания), предполагает, что кости, найденные на британском острове Уайт, принадлежат двум новым видам спинозавридов,
подробнее...

Биомеханическое моделирование показало, что двуногие динозавры из группы терапод при ходьбе покачивали хвостом. Движения хвоста позволяли им компенсировать вращательный момент тела и тратить на 18 %
подробнее...

Всем нам порой кажется, что погода и ее составляющие — температура, атмосферное давление, влажность воздуха и прочее — усугубляют переносимость боли или даже вызывают ее, например мигрень или
подробнее...

Международная научная группа во главе с исследователями из Сколтеха и IBM создала чрезвычайно энергоэффективный оптический переключатель, который мог бы заменить электронные транзисторы в новом
подробнее...

Авторы нового исследования  обнаружили  мобильный генетический элемент, который, однажды оказавшись в новой хромосоме, привел к тому, что человекообразные обезьяны лишились хвоста. Предположительно,
подробнее...

Избранные астрономические события месяца (время всемирное):
подробнее...

Неожиданный вывод об аномальных конформационных состояниях молекул ДНК на поверхности заряженных мономолекулярных пленок и их фундаментальных отличиях от строго периодической конформации двойной
подробнее...

 РИА Новости. Австрийские ученые выяснили, что вирус SARS-CoV-2 вызывает уникальный ответ иммунной системы человека. В крови пациентов с COVID -19 присутствует отчетливый набор иммунологических
подробнее...

Японские ученые из Института RIKEN в эксперименте на мышах сумели обратить вспять синдром Клифстры — генетическое заболевание, приводящее к умственной отсталости. При синдроме Клифстры одна копия гена
подробнее...

Биологи Санкт-Петербургского государственного университета впервые систематизировали все известные случаи избирательного удаления генетического материала в клетках живых организмов. Исследование
подробнее...

Чтобы быстрее расщеплять токсичные белки, иммунные клетки в мозге могут при необходимости объединяться в сети. Это показано совместным исследованием Боннского университета, Немецкого центра
подробнее...

Ученые выяснили, что во время ночных походов за пищей самки летучих мышей-вампиров обычно покидают насест отдельно, но воссоединяются во время охоты с другими особями, с которыми у них есть тесная
подробнее...