CphA1 struktur och aktivitet. a Schematiskt diagram över de biosyntetiska reaktionerna som katalyseras av G- och M-domänerna av CphA1. b Den övergripande strukturen av tetramerisk CphA1 från Synechocystis sp. UTEX2470 (su CphA1, PDB-kod 7LG5). ATP-molekyler markerar positionerna för G (orange) och M (grön) domänen aktiva platser. N-domänen är färgad i blått. c Cyanophycin biosyntes plots och hastighetsjämförelse av syntes av Su CphA1 och Tm CphA1 med och utan primer. Tm CphA1 är helt inaktiv i frånvaro av primer. n = 4 oberoende experiment. Data presenteras som individuella mätningar och medelvärde, felstaplar representerar SD-värden. d Aktivitetsnivåer på Tm CphA1 i närvaro av olika cyanofycinprimrar:1mer (β-Asp-Arg)1 , 1,5-mer (β-Asp-Arg)-Asp, 2-mer (β-Asp-Arg)2 , 3mer (β-Asp-Arg)3 , 4mer (p-Asp-Arg)4 . n = 4 oberoende experiment. Data presenteras som individuella mätningar och medelvärde, felstaplar representerar SD-värden. Kredit:Nature Communications (2022). DOI:10.1038/s41467-022-31542-7
Blågröna alger (AKA cyanobakterier) har en superkraft som sannolikt hjälper dem att bli mycket framgångsrika som inkräktare av vattendrag. De har en utomordentlig förmåga att lagra energi och kväve i sina celler vid behov. Men exakt hur de gör det förblir bara delvis förstått.
Nu har forskare från McGill University och deras medarbetare vid ETH Zürich avslöjat en spännande hittills okänd förmåga hos enzymerna (kända som cyanophycinsyntetaser) som är aktiva i att skapa dessa matreserver. Deras resultat beskrivs i en ny artikel i Nature Communications , är inte bara vetenskapligt överraskande, utan tar oss ett steg närmare att kunna använda dessa miljövänliga polymerer för allt från bandage till biologiskt nedbrytbara antiscalants till djurfoder.
Enzymer som cyanofycinsyntetaser (kallade polymerasenzymer eftersom de syntetiserar långa kedjor av polymerer) kräver vanligtvis primers i form av korta "startkedjor" för att börja sätta ihop de långa kedjorna. Polymeraser fungerar som katalysatorer för ett brett spektrum av biologiska funktioner, från att kickstarta processen med RNA- och DNA-replikation till att omvandla glukos till glykogen som ett sätt att lagra energi för senare användning. Cyanofycinsyntetaser från många olika cyanobakterier ansågs behöva primers som alla andra polymeraser, men sedan upptäckte forskarna något nytt.
"Vi arbetade med flera cyanophycinsyntetaser och fann att en av dem inte behövde ges primer", säger huvudförfattaren Itai Sharon, en McGill Ph.D. student i biokemi. "Efter tre års experiment, när vi försökte ta reda på varför inte, upptäckte vi att detta cyanofycinsyntetas hade ett dolt reaktionscentrum inom sig som klyver bindningar mellan aminosyror, istället för att länka aminosyror, vilket är detta polymeras huvudsakliga uppgift."
Till skillnad från alla kända polymeraser
Forskarna upptäckte att cyanofycinsyntetas långsamt kunde göra extremt små antal långa cyanofycinpolymerer i frånvaro av primer, som det nyupptäckta reaktionscentret klyver till många korta kedjor som sedan används som primers för snabb polymerisation.
"Vi kallar cyanophycinsyntetas för ett "schweizisk arméknivsenzym", säger Martin Schmeing, motsvarande författare och chef för McGill Centre de recherche en biologie structurale. "Det kombinerar tre enzymatiska funktioner - två bindningsskapande och en bindningsbrytande - till en elegant , självförsörjande polymeriseringsmaskin."
"Vad som gör det ännu mer speciellt är att dessa polymeraser har studerats av många forskare i decennier och decennier. Ingen, inklusive vi, hade märkt detta tidigare." + Utforska vidare
