На нашей планете не было бы жизни без ферментов. Эти молекулы контролируют и активируют биохимические реакции, начиная от пищеварения и заканчивая дублированием генетической информации. «Ферменты — это пространственно сложные структуры, которые могут иметь множество складок, листов и петель», — говорит профессор д-р Олав Шиманн из Института физической и теоретической химии Боннского университета. В реакционном центре такого «белкового узла», который известен как «активный центр», часто находится один или несколько ионов металла.
Это означает, что вещество, которое должно быть изменено в результате химической реакции, присоединяется к иону металла или близко к нему. Ион способствует разрыву или преобразованию одной или нескольких связей в присоединенном веществе, и превращение в новое вещество происходит через фермент. Такие преобразования постоянно происходят в нашем желудке, например, где пища расщепляется на вещества, которые наше тело может легко усвоить.Ученые изучают, как работают такие важные ферменты.
Для этого они должны точно знать, как отдельные атомы расположены в этих биомолекулах. «Когда мы знаем местонахождение иона металла в ферменте, мы можем лучше понять, как именно протекают реакции», — говорит профессор Шиманн. Его рабочая группа теперь определила положение активного центра в ферменте, используя новый метод, который в принципе напоминает систему глобального позиционирования (GPS), с которой работают автомобильные навигационные системы.
Как лабиринт движения в час пик«Структура ферментов часто, на первый взгляд, так же запутана, как и лабиринт движения в час пик», — смеется физик-химик из Боннского университета. Подобно тому, как отдельную машину почти невозможно разглядеть в большом потоке транспорта, ион металла «прячется» в многочисленных спиралях и складках фермента. Тем не менее, положение автомобиля, а также иона металла можно надежно определить с помощью GPS. Несколько спутников вращаются вокруг нашей планеты и через время прохождения сигналов указывают расстояние до определенной точки на Земле, например, автомобиля.
Место пересечения сфер дальности различных спутников — это место, где должен находиться автомобиль.«Сателлиты» состоят из меченой спином аминокислоты цистеина.Аналогичным образом поступили и физико-химики из Боннского университета. «Наши спутники — спиновые лейблы», — объясняет докторант Динар Абдуллин.
Это небольшие органические молекулы, которые имеют неспаренный электрон и стабильны. Исследователи распределили шесть таких «молекулярных спутников» в своей модели фермента «азурин» — синего белка с ионом меди в центре. Используя компьютерные программы, ученые сначала проследили «орбиты» крошечных спутников в спиралях фермента. Затем они определили расстояние между спутниками и ионом металла с помощью спектроскопического метода, а именно PELDOR, который действует как линейка на молекулярном уровне. «Подобно GPS, мы смогли точно определить положение активного центра в ферменте по этому», — говорит Абдуллин.
В инструментарии физической химии появился изящный дополнительный метод. «Мы разработали метод для фундаментальных исследований, но его также можно использовать для уточнения структуры других ферментов», — говорит профессор Шиманн. Лучшее понимание превращения веществ в активных центрах в конечном итоге также является основой, например, для промышленного производства лекарств.