Команда российских и немецких ученых впервые соединила ферменты цитохром P450 BM3 и формиатдегидрогеназу в активную супермолекулу. Этого результата удалось достичь при помощи генной инженерии. Исследование опубликовано в журнале Scientific Reports.
Ферменты, или энзимы, — это белковые соединения, которые ускоряют химические реакции в живых системах. Они показывают себя в работе лучше, чем синтетические химические катализаторы, поэтому широко используются в медицине, фармацевтике и парфюмерии.
Зачастую в работе необходимо использовать сразу несколько ферментов, поэтому специалисты создают их смеси. Продукт реакции после действия первого фермента становится исходным веществом для процесса, проводимого вторым. Для подобной процедуры требуется немного ферментов, поэтому они находятся далеко друг от друга. Это затрудняет поиск одного фермента другим, что сильно снижает общую эффективность. Процесс двухстадийной реакции можно сделать более быстрым, сократив расстояние между ферментами. Тем не менее такой способ имеет существенный недостаток — он не позволяет достичь правильной ориентации как между элементами, так и по отношению к носителю. Однако в этом случае может помочь генная инженерия.
В новом исследовании ученые использовали монооксигеназу CYP102A1 ВМ3 из группы цитохром P450 оксидаз, отвечающих за гидроксилирование многочисленных соединений в организме. Эта группа ферментов отвечает за утилизацию чужеродных химических веществ. Обычно для катализа реакции гидроксилирования с помощью P450 ВМ3 требуется восстановленная форма кофермента NADPH. Однако его использование крайне дорого, поэтому в качестве альтернативы ученые использовали формиатдегидрогеназу. Этот фермент катализирует окисление формиат-иона до углекислого газа и переводит окисленную форму кофермента NADP+ обратно в NADPH.
Было важно определить место присоединения формиатдегидрогеназы к цитохрому. От этого зависела ориентация активных центров ферментов и каталитическая активность молекулы-гибрида. Активность новой супермолекулы оказалась выше активности отдельных ферментов в 5–20 раз в зависимости от окисляемого соединения. «Когда мы выяснили, с какого конца лучше соединять ферменты, пришла пора понять оптимальную длину и аминокислотный состав соединительного мостика между ними. Для этого в 2019 году по линии DAAD (Немецкой службы академических обменов) я работал в Дюссельдорфском университете и выяснил, что эти параметры практически не влияют на активность фермента. Поэтому мы использовали самый простой вариант соединения», — рассказывает Павел Паршин с кафедры химической энзимологии химического факультета МГУ.
«Моей частью исследования стал эксперимент по получению гибридных конструкций. Планирование, подбор условий получения такой большой и сложной молекулы — это непростая техническая задача. При этом молекула все равно получилась в активной форме и отлично работала», — рассказывает Анастасия Пометун, соавтор исследования (химический факультет МГУ, ФИЦ биотехнологии РАН). Полученная система нуждается в доработках, однако уже на данном этапе крайне перспективна и представляет большой научный интерес.
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram, Одноклассники.
