Jump to content
Forum Kopalni Wiedzy
Sign in to follow this  
KopalniaWiedzy.pl

Pierwszy sztuczny enzym z dwiema niebiologicznymi grupami katalitycznymi

Recommended Posts

Naukowcy z Uniwersytetu w Groningen przekształcili nieenzymatyczne białko w nowy sztuczny enzym. W tym celu dodali do niego 2 abiologiczne składowe katalityczne: nienaturalny aminokwas i kompleks z miedzią.

Enzymy są naturalnymi katalizatorami, działającymi w łagodnych warunkach reakcji. To czyni z nich atrakcyjną alternatywę dla przemysłowej katalizy chemicznej, która może wymagać wysokich temperatur i ciśnień, a także toksycznych rozpuszczalników lub metali. Niestety, nie wszystkie reakcje chemiczne mogą być katalizowane przez naturalne enzymy. Jedną z dostępnych opcji jest modyfikacja istniejących enzymów, jednak prof. Gerard Roelfes uważa, że warto też tworzyć całkiem nowe.

W 2018 r. jego zespół uzyskał nieenzymatyczne białko, bakteryjny czynnik transkrypcyjny LmrR, który po insercji nienaturalnego aminokwasu p aminofenylalaniny może tworzyć niebiologiczne struktury hydrazonowe. Był to pierwszy enzym, stworzony z wykorzystaniem nienaturalnego aminokwasu jako grupy katalitycznej.

Tym razem Roelfes i dr Zhi Zhou posłużyli się LmrR i dodali do niego aż 2 abiologiczne składniki katalityczne: ten sam nienaturalny aminokwas, co wcześniej i kompleks zawierający miedź. Oba mogą aktywować partnerów do reakcji Michaela. By wydajnie i wybiórczo katalizować tę reakcję, oba muszą się jednak znajdować we właściwej pozycji. Zwykłe dodanie obu komponentów do probówki by nie zadziałało: w rzeczywistości, gdyby znalazły się zbyt blisko siebie, wzajemnie by się znosiły.

Kompleks zawierający miedź "przyczepia się" do LmrR za pośrednictwem oddziaływań supramolekularnych. Jego położenie jest determinowane przez interakcje z białkiem. Na podstawie tej pozycji ustaliliśmy [z kolei], gdzie by uzyskać miejsce aktywne, powinno się przeprowadzić insercję p aminofenylalaniny. Kiedy stworzono już nowy enzym, potwierdziły się przypuszczenia Roelfesa: dostosowane białko było bardzo wybiórczym katalizatorem reakcji Michaela.

To było badanie potwierdzające słuszność koncepcji. Na razie enzym nie jest jeszcze wystarczająco szybki do zastosowań praktycznych, ale za pomocą standardowych technik, takich jak ewolucja ukierunkowana, można to zmienić.


« powrót do artykułu

Share this post


Link to post
Share on other sites

Create an account or sign in to comment

You need to be a member in order to leave a comment

Create an account

Sign up for a new account in our community. It's easy!

Register a new account

Sign in

Already have an account? Sign in here.

Sign In Now
Sign in to follow this  

  • Similar Content

    • By KopalniaWiedzy.pl
      Hiszpańscy konkwistadorzy byli uzależnieni od mezoamerykańskiej technologii wytopu miedzi. Hiszpanie potrzebowali miedzi by móc używać artylerii, wytwarzać naczynia czy monety. Nie mieli jednak odpowiedniej wiedzy i doświadczenia, by samodzielnie pozyskiwać ten metal. W samej Hiszpanii od wieków nie zajmowano się produkcją miedzi, importowano ją z Europy Środkowej. Tym trudniej było więc konkwistadorom.
      Jak dowiadujemy się z pisma Latin American Antiquity, w kwestii wydobycia rudy i wytwarzania miedzi Hiszpanie byli przez co najmniej 100 lat, a prawdopodobnie dwukrotnie dłużej, uzależnieni od miejscowych robotników. Jak stwierdzili naukowcy pracujący pod kierunkiem profesor Horoty Hosler z MIT oraz Johana Gracii Zaidui z Uniwersytetu w Porto, pozycja południowoamerykańskich rzemieślników zajmujących się wytopem miedzi była tak silna, że mogli oni domagać się zwolnień podatkowych.
      Specjaliści doszli do takich wniosków na podstawie badań na stanowisku El Manchón w Meksyku. Znaleziono tam artefakty pozwalające na datowanie ludzkiej aktywności w latach co najmniej 1240–1680.
      El Manchón to duża i odległa osada. Początkowo nie widać tam obecności Hiszpanów. Są za to trzy wyraźne części. Dwie z nich noszą dowody budowy długich budynków, z których część była podzielona na osobne pomieszczenia, w tym przeznaczone do rytuałów religijnych. Układ budynków jest zgodny z tym, co widzimy w innych miejscach Mezoameryki, jednak nie można go przypisać do żadnej konkretnej grupy etnicznej. Pomiędzy częściami z budynkami widoczny jest obszar zawierający hałdy żużlu pozostałego po wytopie metalu.
      Hiszpanie potrzebowali dużej ilości miedzi i cyny, z których powstawał brąz potrzebny do produkcji dział i innej broni. Jednak jak wiemy z licznych źródeł, sami nie znali się na technice wytopu. Jednocześnie wiemy, że południowoamerykańscy rzemieślnicy od setek lat zajmowali się wytopem miedzi. Tworzyli z niej bogate ozdoby. Potrafili też łączyć ją ze srebrem, arsenem czy cyną.
      Hiszpanie potrzebowali jednak znacznie większych ilości miedzi, niż tradycyjnie wytwarzali miejscowi rzemieślnicy. Hosler i jej zespół odkryli tajemniczą strukturę, składającą się z dwóch równoległych ścianek kamiennych prowadzących do dużej hałdy żużlu. Naukowcy doszli do wniosku, że mamy tu do czynienia z udokumentowanym po raz pierwszy połączeniem miejscowej technologii z technologią z Europy. Ich zdaniem to, co odkryli, jest hybrydowym miejscem wytopu miedzi, w którym technologia znana w Mezoameryce została wzbogacona o zmodyfikowany europejski miech. Już wcześniej istniały przesłanki, że takie systemy istniały. Teraz po raz pierwszy udało się odkryć pozostałość takiej konstrukcji. W identyfikacji znaleziska wykorzystano m.in. analizę żużlu. Okazało się, że powstał on w temperaturze 1150 stopni Celsjusza. Nie udałoby się jej osiągnąć używając jedynie dmuchawek ustnych, z jakich korzystali miejscowi. To zaś potwierdza nie tylko, że łączono technologie z Nowego i Starego świata, ale że miejsce wytopu było używane przez długi czas po podboju przez Hiszpanów.
      Naukowcom nie udało się szczegółowo datować poszczególnych warstw żużlu. Jednak ich obserwacje potwierdzają archiwalne dokumenty. Były one wysyłane przez konkwistadorów do Hiszpanii i dowiadujemy się z nich o dostępności miejscowej miedzi, o prowadzonych testach i o udanej produkcji artylerii z miejscowych materiałów. Znajdujemy tam też informacje o zwolnieniach podatkowych.
      Z dokumentów wiemy, że Europejczycy zdali sobie sprawę, iż jedynym sposobem na uzyskanie miedzi jest współpraca z miejscowymi rzemieślnikami. Musieli więc dojść z nimi do porozumienia, mówi Hosler.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Podczas budowy drogi w Lingbao we wschodnich Chinach odkryto duży kompleks grobowców sprzed ok. 2000 tys. lat. Poinformował o tym Instytut Dziedzictwa Kulturowego i Archeologii Sanmenxii. Na podstawie cech strukturalnych kompleksu i znalezionych artefaktów stwierdzono, że datuje się on na Zachodnią i Wschodnią Dynastię Han.
      Archeolodzy doliczyli się 76 grobowców (wiele z nich to grobowce rodzinne), a także ponad 720 artefaktów, w tym przedmiotów z brązu i żelaza oraz ceramiki. Znaleziono także unikatową pieczęć właściciela jednego z grobów.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Metale z bloku d, takie jak cynk, miedź i chrom, wiążą się ze stanowiącym część cząsteczki proinsuliny peptydem C i wpływają na jego zachowanie. Naukowcy z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Davis (UCD) wyjaśniają, że ich badanie reprezentuje nową dziedzinę nauki - metaloendokrynologię, która zajmuje się rolą metali w procesach biologicznych.
      Metale spełniają ważną rolę w wielu procesach biochemicznych. Transportująca tlen hemoglobina zawiera żelazo, zaś cynk i miedź biorą udział w ok. 1/3 wszystkich funkcji organizmu.
      Zespół prof. Marie Heffern z UCD stosuje nowe techniki, by ustalić, jak metale są rozłożone w i na zewnątrz komórek, a także jak wiążą się one z białkami i innymi cząsteczkami oraz w jaki sposób na nie wpływają.
      W ramach nowego studium Amerykanie przyglądali się peptydowi C, który jest badany pod kątem terapii choroby nerek i uszkodzenia nerwów (neuropatii) w przebiegu cukrzycy. Lepsze zrozumienie, jak peptyd C zachowuje się w różnych warunkach, może mieć spore znaczenie dla produkcji leków.
      Peptyd C łączy łańcuchy A i B insuliny. Jest wycinany podczas uwalniania insuliny z trzustki i wraz z nią dostaje się do krwiobiegu. Wcześniej uważano go za produkt uboczny powstawania insuliny, jednak teraz wiadomo, że sam pełni funkcję hormonu.
      Podczas testów w probówce akademicy sprawdzali, jak szybko cynk, miedź i chrom wiążą się z peptydem C i jak metale te wpływają na zdolność komórek do jego wychwytywania.
      Okazało się, że metale wywierają lekki wpływ na strukturę drugorzędową peptydu C. Choć pewne warunki sprzyjają przyjmowaniu przez peptyd kształtu α‐helisy, związanie z metalem hamuje taką zmianę konformacji.
      Miedź i chrom nie dopuszczały do wychwytu hormonu przez komórki; inne metale, takie jak cynk, kobalt i magnez, nie działały jednak w ten sposób.
      Wyniki, które opublikowano w piśmie ChemBioChem, pokazują, że metale mogą dostrajać aktywność hormonów, np. peptydu C, zmieniając ich budowę lub oddziałując na ich wychwytywanie przez komórki.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Chemicy z dwóch amerykańskich uniwersytetów, ulokowanych w Los Angeles oraz Waszyngtonie, po raz pierwszy w historii zaprojektowali i zsyntetyzowali funkcjonalne, całkowicie sztuczne enzymy. Jest to ważny krok naprzód w dziedzinie bioinformatyki, jak i potwierdzenie znaczącego rozwoju wiedzy na temat działania tych biologicznych katalizatorów. Zespół, prowadzony przez prof. Kendalla Houka, doniósł o swoim najnowszym dokonaniu w ostatnim numerze czasopisma Nature.
      Umiejętność projektowania enzymów zdolnych do przeprowadzania oczekiwanych reakcji niewątpliwie znajdzie ogromne zastosowanie. Ochrona przed bronią biologiczną, neutralizacja toksyn, udoskonalanie leków - to tylko kilka przykładów potencjalnych korzyści, jakie możemy już niedługo osiągnąć dzięki dalszym badaniom w tej dziedzinie. Prof. Houk komentuje dokonane przez jego zespół odkrycie: Nareszcie jesteśmy w stanie projektować i syntetyzować enzymy zdolne do przeprowadzania reakcji, których żaden znany z natury enzym nie potrafi katalizować. Naczelnym celem naszych badań jest używanie komputerowych metod obliczeniowych w celu takiego rozplanowania ułożenia przestrzennego aminokwasów w strukturze białka, by było ono w stanie przeprowadzić zaplanowaną przez nas reakcję.
      Kolejny autor badań, doktorant Jason DeChancie, tłumaczy korzyści płynące ze stosowania enzymów: Enzymy są niezwykle aktywnymi katalizatorami. Pracujemy nad tym, by ujarzmić ich unikalne zdolności i wykorzystać do własnych celów. Chcemy nauczyć się przeprowadzać reakcje, których żaden enzym w naturze nie potrafi katalizować. Te występujące w naturze mają swoje granice funkcjonalności, my zaś chcemy je rozszerzyć.
      Połączenie osiągnięć chemii, matematyki oraz fizyki umożliwiło naukowcom zsyntetyzowanie enzymu zdolnego do przeprowadzenia tzw. eliminacji Kempa, zachodzącej pomiędzy zasadami i związkiem organicznym zwanym benzoizooksazolem. Zaledwie dwa tygodnie wcześniej ta sama grupa opublikowała wyniki eksperymentu, w którym udało się przeprowadzić w podobny sposób reakcję aldolową, wchodzącą w skład metabolizmu cukrów.
      Obecne badania są ogromnym krokiem naprzód. Jeszcze bowiem kilka lat temu zastosowanie technik obliczeniowych nie przynosiło oczekiwanych rezultatów. Zarówno moc obliczeniowa komputerów, jak i dokładność programów komputerowych symulujących kształt cząsteczek były zbyt niskie. Można jednak wierzyć, że kolejne lata udoskonalania wspomnianej technologii mogą przynieść jeszcze wiele ekscytujących wyników.
      Praca nad projektowaniem enzymów jest niezwykle złożonym procesem. Najcięższym jego fragmentem jest wirtualne stworzenie tzw. centrum aktywnego, czyli miejsca w cząsteczce białka, w którym przyłączane są reagujące związki i przeprowadzana jest reakcja. W przypadku przytoczonej wcześniej reakcji aldolowej zadanie było wyjątkowo ciężkie, gdyż na reakcję tę składa się aż sześć kolejnych etapów. Dodatkową trudnością jest potrzeba przeprowadzenia obliczeń o niesamowitej wręcz dokładności, sięgającej jednej setnej nanometra.
      Cały projekt, sponsorowany przez amerykańską Agencję Badawcza Zaawansowanych Projektów Obronnych (DARPA, od ang. Defense Advanced Research Projects Agency), trwał aż trzy lata. Zespół badaczy był podzielony na dwie grupy: jedna z nich przewidywała optymalny kształt miejsca aktywnego, a zadaniem drugiej było takie dobranie sekwencji aminokwasów w białku, by tę strukturę wytworzyć. Następnie syntetyzowano gotowy związek chemiczny według wskazań komputera i szukano odpowiedzi na pytanie, czy komputerowy algorytm rzeczywiście doprowadził do produkcji enzymu o oczekiwanej aktywności.
      Technologia opracowana przez Amerykanów znajdzie z pewnością wiele zastosowań. Wszystko wskazuje na to, że umożliwi przeprowadzanie licznych reakcji, które dziś są niemożliwe. Pozwoli także obniżyć koszty wielu innych, których wdrożenie na skalę przemysłową jest dziś nieopłacalne. Jak daleko jesteśmy na drodze do zrealizowania tego planu? Jason DeChancie odpowiada: Myślę, że właśnie do tego doszliśmy. Nasze publikacje dowodzą, że naprawdę stało się to możliwe.
  • Recently Browsing   0 members

    No registered users viewing this page.

×
×
  • Create New...