Forskare som är specialiserade på att studera atom-för-atom-koreografi av enzymer har avslöjat nya insikter om funktionen av isopenicillin N-syntas, ett enzym som behövs för att producera några av världens mest kritiska antibiotika.

Teamet av forskare från Oxford University, Diamond Light Source och Berkeley Lab använde en kombination av röntgenmetoder för att generera en action storyboard som visar hur isopenicillin N-syntas gör om en linjär prekursormolekyl till en distinkt dubbelringad molekyl. Denna tvåringade molekyl är den ursprungliga strukturmallen för en stor klass av komplexa molekyler med antibiotiska egenskaper som kallas beta-laktamer.

"Penicillin är ett av de första antibiotika som upptäcktes och används fortfarande i stor utsträckning, men den biologiska processen som är ansvarig för bildandet av penicillin och relaterade cefalosporinantibiotika är inte helt förstått, "sa Jan Kern, en personalvetare från Berkeley Lab och en av den nya studiens ledande författare. "Vi använde vår" molekylära film "-metod för att ta ögonblicksbilder av enzymet medan det reagerar med dess substrat och molekylärt syre, och vi kan nu bättre förstå de första stegen i denna ringslutningsreaktion. "

Enligt Kern, de nya detaljerna kommer att hjälpa forskare att ändra isopenicillin N -syntas för att syntetisera andra nya antibiotika och också ha konsekvenser för att förstå reaktionsmekanismen för en större grupp av relaterade enzymer, inklusive de som är involverade i DNA/RNA -reparation och det mänskliga vävnadssvaret på lågt syre.

Teamets tillvägagångssätt kombinerar röntgenkristallografiska och röntgenspektroskopiska data för att undersöka rörelsen av specifika atomer vid olika tidpunkter i en reaktion. När det gäller isopenicillin N -syntas, forskarna studerade hur en järnatom i enzymets aktiva plats interagerar med molekylärt syre (O ₂ ) för att katalysera ringbyggnadsreaktionen. Data samlades in på Diamond Light Source, i Storbritannien; Sub Angstrom Compact Light Source i Japan och Linac Coherent Light Source (LCLS) vid SLAC National Accelerator Laboratory.

Studien publicerades i Vetenskapliga framsteg .