• Home
  • Kemi
  • Astronomien
  • Energi
  • Naturen
  • Biologi
  • Fysik
  • Elektronik
  •  science >> Vetenskap >  >> Kemi
    Nyckelenzym som finns i växter kan styra utvecklingen av läkemedel och andra produkter

    Proteinröntgenkristallstrukturen av chalkonisomeras, komplexbunden med en produktmolekyl som kallas (2S)-naringenin, avslöjar hur det aktiva stället arginin (märkt som Arg 37) underlättar katalys av den korrekta isomeren. Kredit:Salk Institute/ACS Catalysis

    Växter kan göra många fantastiska saker. Bland deras talanger, de kan tillverka föreningar som hjälper dem att stöta bort skadedjur, locka pollinatörer, bota infektioner och skydda sig mot för höga temperaturer, torka och andra faror i miljön.

    Forskare från Salk Institute som studerar hur växter utvecklade förmågan att göra dessa naturliga kemikalier har avslöjat hur ett enzym som kallas chalcone isomerase utvecklades för att göra det möjligt för växter att göra produkter avgörande för sin egen överlevnad. Forskarnas förhoppning är att denna kunskap kommer att ge information till tillverkningen av produkter som är fördelaktiga för människor, inklusive mediciner och förbättrade grödor. Studien visades i den tryckta versionen av ACS-katalys den 6 september, 2019.

    "Sedan landväxter först dök upp på jorden för cirka 450 miljoner år sedan, de har utvecklat ett sofistikerat ämnesomsättningssystem för att omvandla koldioxid från atmosfären till en myriad av naturliga kemikalier i sina rötter, skott och frön, " säger Salk Professor Joseph Noel, tidningens seniorförfattare. "Detta är kulmen på det arbete vi har gjort i mitt labb under de senaste 20 åren, försöker förstå växternas kemiska utveckling. Det ger oss detaljerad kunskap om hur växter har utvecklat denna unika förmåga att göra några mycket ovanliga men viktiga molekyler."

    Tidigare forskning i Noel-labbet tittade på hur dessa enzymer utvecklades från icke-enzymproteiner, inklusive att studera mer primitiva versioner av dem som förekommer i organismer som bakterier och svampar.

    Som ett enzym, chalkonisomeras fungerar som en katalysator för att påskynda kemiska reaktioner i växter. Det hjälper också till att säkerställa att kemikalierna som tillverkas i anläggningen har rätt form, eftersom molekyler med samma kemiska formel kan ta två olika varianter som är spegelbilder av varandra (kallade isomerer).

    Salk professor Joseph Noel, avbildad i hans labb, bredvid en NMR-spektroskopimaskin, som används för att dechiffrera detaljerna i de elektroniska strukturerna hos molekyler. Kredit:Salk Institute

    "Inom läkemedelsindustrin, det är viktigt att läkemedlen som tillverkas är rätt version, eller isomer, eftersom att använda fel kan leda till oavsiktliga biverkningar, säger Noel, som är chef för Salks Jack H. Skirball Center for Chemical Biology and Proteomics och innehar Arthur och Julie Woodrow-stolen. "Genom att studera hur chalkonisomeras fungerar, vi kan lära oss mer om hur man påskyndar tillverkningen av de korrekta isomererna av läkemedel och andra produkter som kan vara viktiga för människors hälsa."

    I den aktuella studien, utredarna använde flera strukturbiologiska tekniker för att undersöka enzymets unika form och hur dess form förändras när det interagerar med andra molekyler. De pekade på den del av chalkonisomerasets struktur som gjorde det möjligt för det att katalysera reaktioner otroligt snabbt samtidigt som de säkerställde att det gör det korrekta, biologiskt aktiv isomer. Dessa reaktioner leder till en mängd aktiviteter i växter, inklusive omvandling av primära metaboliter som fenylalanin och tyrosin till vitala specialiserade molekyler som kallas flavonoider.

    Det visade sig att en viss aminosyra, arginin, det var en av många aminosyror kopplade samman i chalcone-isomeras satt på en plats, formad av evolutionen, som gjorde det möjligt för den att spela nyckelrollen i hur chalkonisomerasreaktioner katalyserades.

    "Genom att göra strukturella studier och datormodellering, vi kunde se de mycket exakta positionerna för arginin inom enzymets aktiva ställe när reaktionen fortsatte, " säger första författaren Jason Burke, en före detta postdoktor i Noels labb som nu är biträdande professor vid California State University San Bernardino. "Utan arginin, det fungerar inte på samma sätt."

    Burke tillägger att denna typ av katalysator länge har sökts av organiska kemister. "Detta är ett exempel på att naturen redan löser ett problem som kemister har tittat på under lång tid, " han lägger till.

    "Genom att förstå chalkonisomeras, vi kan skapa en ny verktygsuppsättning som kemister kommer att kunna använda för de reaktioner de studerar, " Noel säger. "Det är absolut nödvändigt att ha den här typen av grundläggande kunskap för att kunna designa molekylära system som kan utföra en viss uppgift även i nästa generation av näringstäta grödor som kan omvandla växthusgasen koldioxid till molekyler som är nödvändiga för liv."


    © Vetenskap https://sv.scienceaq.com