Несколько возможных результатов — заставить растения накапливать высокие уровни более полезных для здоровья полиненасыщенных жирных кислот или необычных жирных кислот, которые можно было бы использовать в качестве сырья вместо химических веществ, полученных из нефти, в промышленных процессах.Идея состоит в том, чтобы воспользоваться преимуществом процесса, называемого метаболическим каналированием, при котором ферменты, которые действуют последовательно в определенном метаболическом пути, взаимодействуют друг с другом, так что они могут передавать молекулы друг другу, не попадая в общий пул метаболитов клетки. Такое близкое расположение ферментов также предотвращает попадание промежуточных продуктов в метаболический канал.
Предыдущие исследования группы Шанклина показали, что особый вид фермента десатуразы, который свободно плавает в пластидах растений — миниатюрных «органах» растительных клеток, где происходят многие метаболические процессы, включая фотосинтез, — соединяются друг с другом, образуя структуры, называемые димерами. Группа также изучила пекарские дрожжи и определила, что их мембраносвязанная десатураза также образует димеры. Но никакие исследования не искали такого рода макромолекулярные структуры в мембраносвязанных десатуразах, называемых FAD, у высших растений.
В текущем исследовании использовался молекулярно-генетический подход для изучения организации мембранных десатураз, обнаруженных в пластидах и эндоплазматическом ретикулуме (другой мембранной структуре внутри клеток) арабидопсиса, обычного экспериментального растения.Инь Лу, научный сотрудник, работающий в лаборатории Шанклина, использовал несколько независимых методов бимолекулярной комплементации — методов, которые генерируют сигнал, если два тестируемых белка объединяются, — чтобы установить, какие десатуразы взаимодействуют друг с другом.Ученые обнаружили, что все исследованные ими десатуразы мембран растений способны образовывать самоассоциирующиеся димеры в растительных клетках — пары двух идентичных молекул фермента десатуразы.
Они также обнаружили, что некоторые десатуразы с разными функциями также могут образовывать пары, а другие — нет.«У естественных парных ферментов обнаруживаются интересные закономерности», — сказал Шанклин. «Они находятся в одних и тех же субклеточных местах внутри клетки и участвуют в последующих этапах одного и того же метаболического пути, что указывает на физиологический фактор наблюдаемых пар.
«Другие пары между очень похожими десатуразами из разных мест, которые мы ожидали объединить в пары, не дали результата», — добавил он.Чтобы проверить идею о том, что парные ферменты работают вместе, ученые провели еще одну серию экспериментов, названную анализом метаболического потока, опираясь на опыт биохимика из Брукхейвена Йорга Швендера.
Этот метод следует за соединениями с масс-меткой по различным реакционным путям.«Представьте себе карту города с множеством способов добраться из пункта А в пункт Б. Этот метод отслеживает, сколько молекул перемещается по каждому маршруту», — сказал Швендер.
Анализ показал, что одна из пар естественных ферментов выполняет две стадии определенного метаболического процесса без выделения промежуточного продукта.«Это было четким доказательством того, что эти два связанных фермента работают согласованно, направляя метаболиты через этот метаболический путь эффективным образом в живых растительных клетках», — сказал Шанклин. «Наши результаты предполагают, что генетические методы могут быть использованы для создания такого рода взаимодействий с другими ферментами десатуразы, включая ферменты, которые не связываются естественным образом, чтобы подтолкнуть метаболиты по желаемым путям для производства полезных продуктов».