Создан «бионический» фермент с уникальными каталитическими способностями

Ученые сумели удалить ион железа, скоординированный в молекуле миоглобина, и заменить его на благородный иридий. Искусственный белок оказался способен катализировать реакцию, для которой неизвестно ни одного природного фермента. Об этом сообщает статья, опубликованная журналом Nature.
Небольшой белок миоглобин обеспечивает перенос кислорода в сердце и скелетных мышцах. Как и у гемоглобина крови, связывание кислорода происходит в активном сайте белка – азотсодержащей порфириновой структуре с атомом железа в центре. Это весьма универсальная конструкция, в различных вариациях металлсодержащие порфирины входят в состав молекул, выполняющих множество разнообразных функций.
Эту способность пытаются использовать и для получения эффективных промышленных катализаторов. Некоторые ученые работают над модификациями белковой части таких молекул, другие пытаются выделять и использовать отдельно порфириновые пигменты. Химики из группы профессора Университета Беркли Джона Хартвига (John Hartwig) пошли третьим путем, внося изменения в исходный природный металлопротеиновый комплекс фермента.
Авторам удалось модифицировать гены миоглобина кашалотов, а также цитохрома, другого порфиринсодержащего белка, бактерий Bacillus megaterium. После внесения таких генов в клетки кишечной палочки и культивирования их на обедненной железом среде ученые смогли выделить белковые комплексы, не содержащие порфиринметаллического кофактора: их производство было на порядок выше, чем «побочный» выход белков естественной формы. Это дало им гибкую «платформу» для конструирования ферментов, и химики добавляли к ним множество различных порфиринов с разными металлами, получив десятки потенциально полезных и не существующих в природе биокатализаторов.
Одним из наиболее перспективных авторы называют искусственный белок на основе миоглобина, содержащего атом иридия – благородного металла, который не используется живыми организмами. Они показали, что такой фермент способен катализировать превращение С-Н связей в С-С за счет вставки двухвалентного углерода. Ученым удалось даже получить две формы белка, катализирующие синтез различных энантиомеров конечных хиральных продуктов.
Создание разнообразных биокатализаторов на основе природных ферментов может привести к настоящему прорыву в химической промышленности. Способные работать при нормальной температуре и рН, высокоселективные, они сделают многие промышленно важные химические превращения дешевле, эффективнее и безопаснее для окружающей среды.

Роман Фишман

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl+Enter.
Безумие в наследство — 2

Как развитие технологий позволило нащупать «топологическое решение» загадки шизофрении

Шизофрения — одна из самых загадочных и сложных болезней человека. Уже более ста лет ученые пытаются понять причины ее возникновения и найти ключ к терапии. Пока эти усилия не слишком успешны: до сих пор нет ни препаратов, которые могли ли бы ее по-настоящему лечить, ни даже твердого понимания того, какие молекулярные и клеточные механизмы ведут к ее развитию. О том, как ученые бьются с «загадкой шизофрении» мы уже неоднократно писали: сначала с точки зрения истории психиатрии, затем с позиции классической генетики (читателю, который действительно хочет вникнуть в суть проблемы, будет очень полезно сначала прочитать хотя бы последний текст). На этот раз наш рассказ будет посвящен новым молекулярно-биологическим методам исследования, которые появились в распоряжении ученых буквально в последние несколько лет. Несмотря на сырость методик и предварительность результатов, уже сейчас с их помощью получены важнейшие данные, впервые раскрывающие механизм шизофрении на молекулярном уровне.