Исследователи из Токийского столичного университета разработали новый метод определения структуры с помощью спектроскопии ядерного магнитного резонанса (ЯМР), который показывает, как различные части сложных молекулярных механизмов, таких как ферменты, движутся во время катализа реакций. Исследование [опубликовано](https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.5c06502) в Journal of the American Chemical Society.
Основные моменты
Сосредоточившись на ферменте дрожжей, они демонстрируют, как контрасты в движениях на атомном уровне влияют на их функцию. Метод обещает беспрецедентный доступ к механизмам работы биомолекул и их связи с заболеваниями.
Ферменты необходимы для функционирования всех биологических организмов, включая человека. Хотя снимки, полученные с помощью рентгеновского излучения или криоэлектронной микроскопии, выявили их сложную молекулярную структуру, во время работы они представляют собой постоянное размытое движение. Их атомная структура постоянно меняется, захватывая другие биомолекулы и помогая им реагировать в тщательно продуманной последовательности.
Исследователи под руководством доцента Теппея Икеи из Токийского столичного университета успешно зафиксировали точную «ансамблевую структуру» реагирующего фермента. По сути, ансамблевая структура — это совокупность всех состояний, которые может принимать макромолекула, и вероятность принятия каждого из них.
Команда продемонстрировала свой метод на примере дрожжевой убиквитин-гидролазы 1 (YUH1), фермента в дрожжах, который помогает перерабатывать убиквитин — белок, регулирующий различные внутриклеточные события. У YUH1 есть аналог в организме человека — убиквитин-С-концевая гидролаза (UCHL1), которая, как известно, связана с болезнями Паркинсона и Альцгеймера.
Используя комбинацию различных подходов с применением спектроскопии ЯМР, они смогли создать ансамблевую карту для YUH1 для динамики в миллисекундном масштабе времени.
Они обнаружили, что две части фермента вблизи активной части, где связываются белки, демонстрируют поразительно большие движения: структура «кроссовер-петли» и N-конец, один из концов структуры захвата белка фермента.
N-конец перемещается внутрь петли и наружу, проходя через целый ряд состояний, прежде чем окончательно захватить целевой белок, как лассо, а затем действует как «запирающая крышка», удерживая его на месте. Этот новый механизм подтверждается тем, как мутантные версии с неполными «запирающими крышками» не проявляют такой же ферментативной активности.
Выводы команды показывают, как динамическая природа ферментов играет важную роль в их функционировании. Метод может быть применён к широкому спектру биологических структур в их естественной среде, обещая учёным новый подход к изучению основных механизмов и потенциальных патологий.
Предоставлено [Токийским столичным университетом](https://www.tmu.ac.jp/english/index.html).