Забележано „во живо“: водата е активен играч во ензимите

UlVCLUZvcnNjaGVyIGJlcmljaHRlbiBpbiBOYXR1cmUgU3RydWN0dXJhbCAmIE1vbGVjdWxhciBCaW9sb2d5IFdhc3NlciB3aXJrdCBhbHMg4oCeS2xlYmVy4oCcIGluIGJpb2xvZ2lzY2hlbiBFbnp5bS1TdWJzdHJhdC1WZXJiaW5kdW5nZW4=

Во биолошки активни комбинации на ензими-супстрати, како што се оние што се наоѓаат во лекови, водата игра повеќе одлучувачка улога отколку што се сметаше порано. Околната вода делува како „лепак“ за да се одржи супстрат на вистинското место за ензим. За да го направите ова, динамиката на водата се забавува. Научниците во РУБ околу проф. Мартина Хавенит (физичка хемија), во тесна соработка со научници предводени од проф. Ирит Саги од израелскиот институт Вајзман може за прв пат да го набудува и докаже забавувањето на динамиката на водата „во живо“. Истражувачите известуваат за нивните резултати во „Биологија на природата структурна и молекуларна“.

Каква улога игра растворувачот?

Ензимите се природни супстанции кои ги забрзуваат и контролираат метаболичките процеси во организмот. На пример, тие се од централно значење за имунолошкиот систем, бидејќи ја контролираат рамнотежата помеѓу активирање и инхибиција на одбранбените реакции и играат голема улога во воспалителните реакции. Одамна е познато дека ензимските функции се одвиваат со многу различна брзина во различни растворувачи. Досега, сепак, придонесот на растворувачот - во биолошките процеси, водата - сè уште не е разјаснет на молекуларно ниво.

Две нови техники комбинирани

Групите на проф. Хавенит и проф. Саги на Институтот за структурна биологија на институтот Вајзман комбинираа две новоразвиени експериментални техники за директно да ја демонстрираат важноста на водата за ензимските функции. Предмет на истрагата беа матрикс металопротеазите (ММП). Тие се наоѓаат надвор од нашите клетки во таканаречената вонклеточна матрица, каде што извршуваат централни задачи на молекуларно ниво како брокери за пораки, менаџери или единици за одржување. Со распаѓање на екстрацелуларната матрица, ММП активно и директно се вклучени во ремоделирањето на нашето ткиво, на пример во растот на ембрионот или туморот и во заздравувањето на раните. Бројните можни области на примена го прават ова ензимско семејство почетна точка за развој на лекови. „Сепак, механизмот за активирање на металопротеазите во матрицата засега е само недоволно познат на молекуларно ниво, што ја отежнува синтетичката репликација“, вели проф. Хавенит.

Детална анализа на сите „играчи“

За прецизно разбирање на процесот на активирање, истражувачите за прв пат презедоа сеопфатна анализа на сите вклучени „играчи“: металопротеазата на матрицата како „ензимско возило“, неговата активирачка подлога - „клучната молекула“ - и водата како растворувач што предизвикува зафаќа поголем дел од реакционата средина. Во експериментот, научниците го испитале врзувањето на подлогата за ММП. Со помош на временски решена рентгенска спектроскопија, тие беа во можност да ги карактеризираат структурните промени во близина на активниот ензимски центар (тука: атом на цинк) со атомска резолуција. Користејќи кинетичка спектроскопија на апсорпција на THz (KITA), тие ги забележале промените во брзите движења на водата со текот на времето.

Размислете за вода во развојот на лекови

Со различни комбинации на ММП-протеини, постоеше јасна корелација помеѓу флуктуациите на водоводната мрежа, структурните промени и функцијата. Симулациите за молекуларна динамика дадоа објаснување за набудувањата: Сè додека подлогата сè уште не го достигнала „вистинското место“ на ензимот, динамиката на водата, т.е. промената на партнерот во молекулите на водата („терахерцовиот танц“ на водата) е сè уште брзо. Истовремено со прицврстувањето на подлогата до активниот центар, движењето на водата во областа значително се забавува. Водата таму делува како еден вид слатко лепило што ја држи подлогата на место. Оваа промена во THz танцот на водата со формирање на ензимско-супстратната врска се забележува само во случај на биолошки активни комбинации на ензими-супстрати. „Забавувањето на динамиката на водата, кое беше испитано за прв пат, се чини дека е суштински дел од функционалната контрола“, вели проф. Хавенит. „Затоа ќе биде од клучно значење во иднина да се земе предвид улогата на водата во развојот на лекови, на пример за борба против тумори“.

„Наука за солвација @ RUB“

Оваа работа е интегрирана во фокусот „Solvation Science @ RUB“, темата на ЗЕМОС-истражувачката зграда препорачана од Научниот совет за финансирање, од која се појавува апликацијата за РЕСОЛВ кластер на извонредност. Во хемијата, инженерството на процеси и во биологијата има огромен број публикации кои сметаат дека растворувачите се инертни

Опишете (пасивни) медиуми за молекуларни процеси. Надвор од оваа традиционална гледна точка, активната улога на растворувачот станува сè поизразена. Новите експериментални и теоретски методи сега овозможуваат истражување, опис и систематска манипулација со структурата, динамиката и кинетиката на комплексни феномени на солвација на молекуларно ниво. „Затоа е време да се развие униформен модел со предвидлива моќ за процесите на солвација“, вели проф. Хавенит. Токму тоа е целта на „Solvation Science @ RUB“.

Снимање на наслов

M. Grossman, B. Born, M. Heyden, D. Tworowski, G. Fields, I. Sagi, M. Havenith: Корелирана структурна кинетика и динамика на ретардиран растворувач на активното место на металопротеазата. Структурна и молекуларна биологија на природата, напредно објавување преку Интернет (AOP), дои: 10.1038 / nsmb.2120 http://www.nature.com/nsmb/journal/vaop/ncurrent/abs/nsmb.2120.html

Извор: Бохум [RUB]