Yale-forskare har tagit ett nytt tillvägagångssätt för att reda ut den komplexa strukturen och regleringen av enzymer:De googlade det.

I en ny studie publicerad online denna vecka i Proceedings of the National Academy of Sciences , kemiprofessor Victor Batista och hans kollegor använde Googles algoritm PageRank för att identifiera viktiga aminosyror i regleringen av ett bakteriellt enzym som är nödvändigt för de flesta mikroorganismer.

Enzymer är biomolekyler med den unika förmågan att påskynda kemiska reaktioner som är nödvändiga för livet. Även om dessa kemiska reaktioner normalt äger rum i en liten del av enzymet - känt som det aktiva stället - regleras accelerationen av reaktionen vanligtvis av bindningen av en molekyl i en annan del av enzymet. Bindningspositionen är känd som det allosteriska stället.

Trots årtionden av studier, det är fortfarande dåligt förstått hur information överförs från den allosteriska platsen till den aktiva platsen. Mycket av svårigheten har att göra med det stora antalet inblandade atomer och den stora strukturella flexibiliteten hos enzymer.

Yale-teamet noterade att en liknande fråga hade behandlats år tidigare inom datavetenskapens område. Forskare vid Google hade studerat informationsflödet på Internet, använda PageRank för att indikera vikten av varje webbsida när det gäller antalet och kvaliteten på länkar till andra webbplatser.

"Detta problem är helt analogt med utbytet av information mellan avlägsna platser som kännetecknar allosterism, sade Uriel Morzan, en postdoktor i Batistas laboratorium och medförfattare till studien. "Genom att ta reda på hur informationsflödet genom varje atom förändras med bindningen av en allosterisk aktivator till enzymet, det är möjligt att hitta de informationskanaler som aktiveras."

Yale-forskarna identifierade viktiga aminosyror för den allosteriska processen i imidazolglycerolfosfatsyntas (IGPS), ett bakterieenzym som finns i de flesta mikroorganismer.

Forskningen banar väg för ytterligare experiment relaterade till IGPS-aktivitet som kan leda till utveckling av nya antibiotika, bekämpningsmedel, och herbicider.

"Det är spännande att datavetenskapliga metoder börjar tränga in i området teoretisk kemi, tillhandahålla nya verktyg för att förstå grundläggande aspekter av katalytiska molekylära system i kombination med toppmoderna simuleringar av molekylär dynamik och kärnmagnetisk resonans (NMR) spektroskopi, sa Batista, som också är medlem i Energy Sciences Institute på Yales västra campus.

Medförfattare J. Patrick Loria, en Yale professor i kemi och i molekylär biofysik och biokemi, tillade:"Det är den synergistiska kombinationen av experimentell NMR och beräkningsverktyg som möjliggör denna djupare insikt i biologisk funktion och visar vikten av samarbete mellan teoretiker och experimentalister."