"Live" vërejti: uji është një lojtar aktiv i enzimeve

UlVCLUZvcnNjaGVyIGJlcmljaHRlbiBpbiBOYXR1cmUgU3RydWN0dXJhbCAmIE1vbGVjdWxhciBCaW9sb2d5IFdhc3NlciB3aXJrdCBhbHMg4oCeS2xlYmVy4oCcIGluIGJpb2xvZ2lzY2hlbiBFbnp5bS1TdWJzdHJhdC1WZXJiaW5kdW5nZW4=

Në kombinimet biologjikisht aktive enzimë-substrate, të tilla si ato që gjenden në barna, uji luan një rol më vendimtar sesa mendohej më parë. Uji përreth vepron si një "ngjitës" për të mbajtur një substrat në vendin e duhur për një enzimë. Për ta bërë këtë, dinamika e ujit ngadalësohet. Shkencëtarët në RUB rreth Prof Dr. Martina Havenith (kimi fizike), në bashkëpunim të ngushtë me shkencëtarë të udhëhequr nga Prof Dr. Irit Sagi nga Instituti Izraelit Weizmann mund të vëzhgojë dhe provojë ngadalësimin e dinamikës së ujit "drejtpërdrejt" për herë të parë. Studiuesit raportojnë mbi rezultatet e tyre në "Biologjia Strukturore dhe Molekulare e Natyrës".

Rolefarë roli luan tretësi?

Enzimat janë substanca natyrore që përshpejtojnë dhe kontrollojnë proceset metabolike në trup. Për shembull, ato kanë një rëndësi qendrore për sistemin imunitar, pasi kontrollojnë ekuilibrin midis reaksioneve mbrojtëse aktivizuese dhe frenuese dhe luajnë një rol të madh në reaksionet inflamatore. Dihet prej kohësh që funksionet enzimatike zhvillohen me shpejtësi shumë të ndryshme në tretës të ndryshëm. Deri më tani, megjithatë, kontributi i tretësit - në proceset biologjike, uji - nuk është sqaruar ende në nivelin molekular.

Dy teknika të reja të kombinuara

Grupet e Prof. Havenith dhe Prof. Sagi në Institutin e Biologjisë Strukturore në Institutin Weizmann kanë kombinuar dy teknika eksperimentale të zhvilluara rishtazi për të demonstruar drejtpërdrejt rëndësinë e ujit për funksionet enzimatike. Tema e hetimit ishin metalloproteazat e matriksit (MMP). Ato janë të vendosura jashtë qelizave tona në të ashtuquajturën matricë jashtëqelizore, ku ata kryejnë funksione kryesore në nivelin molekular si agjentë të komunikimit, menaxherë ose njësi mirëmbajtjeje. Duke prishur matricën jashtëqelizore, MMP janë aktive dhe direkt të përfshira në rimodelimin e indeve tona, për shembull në rritjen e embrionit ose tumorit dhe në shërimin e plagëve. Fushat e shumta të mundshme të aplikimit e bëjnë këtë familje enzimë një pikë fillestare për zhvillimin e drogës. "Sidoqoftë, mekanizmi për aktivizimin e metalloproteazave të matricës deri më tani njihet vetëm në mënyrë të pamjaftueshme në nivelin molekular, gjë që e bën të vështirë kopjimin sintetik", thotë Prof. Havenith.

Analizë precize e të gjithë "shokëve të skuadrës"

Për një kuptim të saktë të procesit të aktivizimit, studiuesit kryen një analizë gjithëpërfshirëse të të gjithë "lojtarëve" të përfshirë: metalloproteaza e matricës si një "mjet enzimë", substrati i saj aktivizues - "molekula kryesore" - dhe uji si tretës Merr pjesën më të madhe të mjedisit të reagimit. Në eksperiment, shkencëtarët ekzaminuan lidhjen e substratit me MMP. Me ndihmën e spektroskopisë me rreze X të zgjidhur në kohë, ata ishin në gjendje të karakterizonin ndryshimet strukturore në afërsi të qendrës së enzimës aktive (këtu: atomi i zinkut) me rezolucion atomik. Me ndihmën e spektroskopisë thithëse THz kinetike (KITA) ata regjistruan ndryshimet në lëvizjet e shpejta të ujit me kalimin e kohës.

Konsideroni ujin në zhvillimin e ilaçeve

Me kombinime të ndryshme MMP-proteina, ekzistonte një korrelacion i qartë midis luhatjeve të rrjetit të ujit, ndryshimeve strukturore dhe funksionit. Simulimet e dinamikës molekulare ofruan një shpjegim për vëzhgimet: për sa kohë që substrati ende nuk ka arritur në "vendin e duhur" në enzimë, dinamika e ujit, dmth ndryshimi i partnerit në molekulat e ujit ("vallja terahertz" e ujit) është ende e shpejtë . Njëkohësisht me vendosjen e substratit në qendrën aktive, lëvizja e ujit në zonë ngadalësohet ndjeshëm. Uji atje vepron si një lloj ngjitës i trashë që mban substratin në vend. Ky ndryshim në vallëzimin THz të ujit me formimin e lidhjes enzimë-substrat vërehet vetëm me kombinime enzimë-substrate biologjikisht aktive. "Ngadalësimi i dinamikës së ujit, i cili u hetua për herë të parë, pra duket se është një pjesë thelbësore e kontrollit funksional", thotë Prof. Havenith. "Prandaj do të jetë vendimtare në të ardhmen të merret parasysh roli i ujit në zhvillimin e ilaçeve, për shembull për luftimin e tumoreve."

"Shkencë e shpëtimit @ RUB"

Kjo punë është e integruar në fokusin "Solutions Science @ RUB", tema e ndërtesës kërkimore ZEMOS e rekomanduar nga Këshilli Gjerman i Shkencave, nga i cili del edhe aplikacioni i grupeve të RESOLV të RUB. Në kiminë, inxhinierinë e procesit dhe biologjinë, ekziston një numër i madh i botimeve që përdorin tretës si inertë

Përshkruaj media (pasive) për proceset molekulare. Përtej këtij këndvështrimi tradicional, roli aktiv i tretësit po bëhet gjithnjë e më i dukshëm. Metodat e reja eksperimentale dhe teorike tani lejojnë hulumtimin, përshkrimin dhe ndikimin sistematik të strukturës, dinamikës dhe kinetikës së fenomeneve komplekse të solucionit në nivelin molekular. "Prandaj është koha për të zhvilluar një model të njëtrajtshëm me fuqi parashikuese për proceset e shpëtimit," tha Prof. Havenith. Ky është pikërisht qëllimi i "Shkencës së Shpëtimit @ RUB".

Titulli regjistrimi

M. Grossman, B. Born, M. Heyden, D. Tworowski, G. Fields, I. Sagi, M. Havenith: Kinetika strukturore e lidhur dhe dinamika e tretësit të vonuar në vendin aktiv të metalloproteazës. Biologji Strukturore dhe Molekulare e Natyrës, Botim Advance Online (AOP), doi: 10.1038 / nsmb.2120 http://www.nature.com/nsmb/journal/vaop/ncurrent/abs/nsmb.2120.html

Burimi: Bochum [RUB]