Створення нових ферментів

Команді учених із США і Ізраїлю вдалося створити ферменти, що прискорюють реакцію, для якої в природі не існує природного каталізатора. Щоб досягти максимальної ефективності нового ферменту, дослідники імітували in vitro процес його "еволюції". Робота опублікована в одному з найавторитетніших наукових журналів - Nature.

У своїй роботі учені задалися метою створити фермент, який каталізував би реакцію відщеплення протона, пов'язаного з вуглецем. У природі відповідного фермента не існує. На першій стадії експерименту дослідники визначили структуру активного центру майбутнього фермента. Потім вони визначили, якою повинна бути повна послідовність амінокислот, щоб вони змогли "згорнутися" і утворити активний центр заданої структури. За допомогою нової методики професор Девід Бейкер з Університету Вашигтона в Сієтлі проаналізував десятки тисяч можливих варіантів і виділив близько 60 "кандидатів". Учені синтезували їх і перевірили на наявність біологічної активності. Цей тест пройшли вісім "претендентів", їх яких дослідники відібрали три найбільш перспективні варіанти. Фахівці з відділу структурної біології Інституту Вайсмана визначили тривимірну структуру одного з трьох ферментів. Вона виявилася практично ідентична структурі, передбаченій за допомогою комп'ютерного аналізу. Проте ефективність цих ферментів була істотно нижча, ніж у їх природних "родичів", яких природа відбирала мільйони років.

Дослідники з Ізраїлю змоделювали еволюцію ферменту in vitro. Вони випадковим чином вносили в послідовності ферментів зміни, після чого аналізували активність одержаних мутантів. Після семи циклів внесення мутацій активність ферменту збільшилася в 200 разів в порівнянні з початковим варіантом, розробленим на основі комп'ютерної моделі. Швидкість реакції у присутності нового фермента зростала на шість порядків. Внесені мутації трохи змінювали структуру активного центру ферментів, що оптимізувало протікання безпосередньо реакції відщеплення, або змінювали гнучкість всього ланцюга, що сприяло прискоренню звільнення продукту реакції. Розроблений ученими алгоритм дозволяє створювати ферменти, що каталізують необхідні реакції, і збільшувати їх активність до рівня природних аналогів. Крім того, отримані результати допоможуть краще зрозуміти принципи роботи ферментів.

Висновки

Дослідження ферментів почалось у 19 столітті. Пізніше було введено термін «ензим» вченим В.Кюне. Ферменти за хімічною природою є білками. Ферменти є каталізаторами усіх хімічних реакцій в рослинній клітині. Ферменти широко використовуються і в народному господарстві — харчовій, текстильній промисловості, у фармакології. Одна з найбільш характерних властивостей ферментів – це їх специфічність, в міру якої кожен фермент діє тільки на одну речовину або дуже невелику кількість споріднених речовин. Специфічність дії ферментів – найважливіше біологічне явище, без якого неможливий впорядкований обмін у живій природі, відповідно і саме життя.

Сьогодні наука стрімко розвивається. Вчені виявляють нові ферменти, які досі були невідомі. Для того, щоб не розгубитися у великій кількості назв ферментів, потрібно знати принципи їх класифікації. У рефераті подано сучасну систему класифікації ферментів. Усі ферменти поділяють на шість головних класів.

Рослинна клітина багата на ферменти. Вони локалізовані в органелах рослинної клітини і каталізують життєво важливі процеси. Проте вчені пішли далі і створили штучні ферменти, які каталізують реакції, для яких в природі не існує каталізаторів.

Подібні статті

Кровоносна система
Розвиток сільського господарства та загальне зростання антропічного впливу на водне середовище загострило проблему виживання водних тварин і, зокрема, риб, в умовах пестицидного навантаження. Забруднення внутрішніх водойм, в тому числі риб ...

Поняття по біосферу. Роль живої речовини в біосфері
Все живе в біосфері утворює живу речовину. Живі організми відіграють дуже важливу роль у геологічних процесах, які формують Землю. Хімічний склад сучасних атмосфери та гідросфери зумовлений життєдіяльністю організмів. Мінеральна інертна ре ...