Markus Piotrowski framför ett collage; en bild av nitrilashelixar tagna med ett elektronmikroskop visas längst ner, en rekonstruktion av spiralen (beräknad från elektronmikroskopbilden) till höger, och modellen för ett enda nitrilasenzym till vänster. Kredit:RUB, Marquard
En forskargrupp från Ruhr-Universität Bochum (RUB) och från Sydafrika har analyserat två enzymer med identiska substratbindningsfickor som ändå omvandlar olika substrat. I processen, det framkom att förändringar på enzymytan påverkar dess substratspecificitet genom att modifiera hur tätt det packas inuti. Dessa fynd kan bana väg för manipulering av enzymfunktionen. Forskarna publicerade sin rapport i tidskriften Kommunikationsbiologi den 2 november 2018.
Forskarna fann att växtenzymer, så kallade nitrilaser, är väldigt lika. De kunde byta ut sina komponenter bit för bit. "Vi har således funnit att bara genom att byta en enda komponent på ytan, vi kan få ett enzym att omvandla substratet till ett annat enzym, " förklarar docent Dr. Markus Piotrowski från Institutionen för molekylär genetik och växtfysiologi vid RUB.
Forskarna använde elektronmikroskopi för att analysera varför en modifiering av ytan kan påverka substratbindningen inuti. De analyserade nitrilaserna bildar större spiraler som är tillräckligt stora för att bli synliga under ett elektronmikroskop. "Vi kunde alltså se att förändringar i ytan resulterade i att enzymmolekyler i spiralen blev mer eller mindre tätt packade, " säger Piotrowski. "Detta, i tur och ordning, förmodligen orsakar att substratbindningsstället komprimeras mer eller mindre tätt. "I sitt tätare komprimerade tillstånd, bindningsfickan är inte längre tillgänglig för större substratmolekyler.
För forskare, nitrilaser utgör en modell för utvecklingen av enzymer, men de används också inom den kemiska och farmaceutiska industrin som biokatalysatorer. Hittills, experiment som syftar till att modifiera dessa enzymer genom att ändra deras substratbindningsställe har oftast misslyckats. "Våra resultat har visat att den kvartära strukturen, nämligen antalet och arrangemanget av individuella enzymmolekyler, måste beaktas, " säger Markus Piotrowski. Följaktligen, riktade modifieringar av enzymfunktionen kan åstadkommas utan att göra några förändringar av själva enzymet, men bara genom att komprimera den till nitrilashelices med olika densiteter.
