研究-生物催化剂的结构取决于它们是在细胞中还是在试管中

时间:2020-04-26 15:15 来源:seo 作者:杏鑫 点击量:

研究-生物催化剂的结构取决于它们是在细胞中还是在试管中

酶的结构决定了它们如何控制重要的过程,如消化或免疫反应。这是因为蛋白质化合物不是刚性的,但可以通过活动的“铰链”改变它们的形状。酶的形状取决于它们的结构是在试管中还是在活细胞中测定的。这是波恩大学的物理化学家关于YopO的发现,YopO是一种鼠疫病原体的酶。这一基础研究结果现已发表在《德国化学期刊》(Angewandte Chemie)上,可能也会引起药物研究的兴趣。

所有的活细胞都含有蛋白质,这是维持机体功能所必需的。蛋白质主要由氨基酸组成,作为催化剂(酶),使生化反应得以发生,否则就不会发生。例如,酶控制消化和免疫系统。波恩大学物理和理论化学研究所的Olav Schiemann教授说:“生化反应的类型和发生方式取决于蛋白质的结构。”蛋白质不是刚性的,但可以通过活动的“铰链”改变它们的形状。这种结构和动力学之间的相互作用决定了会发生什么。要转化的酶和物质必须像钥匙一样合在一起才能催化特定的过程。

YopO固定在细胞膜上,因此特别稳定

科学家们使用鼠疫病原体(耶尔森氏菌)的一种蛋白质进行研究。通过向攻击的巨噬细胞中注射YopO (Yersinia外壳蛋白O)等蛋白来欺骗免疫系统。YopO与防御细胞的肌动蛋白结合,导致免疫细胞不再能够包裹和消化病原体。“我们使用YopO是因为这种酶在医学上很有趣,可以被固定或固定在膜上,”Schiemann解释说。“后者是我们在室温下进行测量的一个重要前提。”

Schiemann研究小组的Nico Fleck为此开发了专门用于细胞内研究的自旋标签。这些是小组成员Caspar A. Heubach附着在蛋白质不同位置上的小“标记”。使用DQC(双量子相干)方法,就像在分子水平上的尺子,团队成员Tobias Hett然后测量旗子之间的距离。“如果我们知道自旋标签之间的距离,我们就能推断出某种酶能够假定的结构,”Hett说。这有点像分子的“卫星导航”;毕竟,车辆的导航系统也是基于距离测量的。

研究人员将DQC方法应用于YopO的试管中,并将其应用于非洲爪蛙的卵中进行比较。在细胞的测量中,标记有旗子的YopO被用注射器注射到卵子中,“这与鼠疫病原体在分子水平上的做法非常相似,”Nico Fleck解释说。这表明,YopO在试管中的水溶液中比在鸡蛋中能够占据更多不同的结构。“从结构上看,YopO在试管中比在活细胞中更具有流动性,”Schiemann说。“在细胞中,细胞膜等结构以及与其他蛋白质的相互作用降低了YopO的结构多样性。”

基本原则

这一发现不仅适用于YopO,而且是一个基本原理:在试管中没有其他细胞结构强加的“束身衣”,酶的展开可能性更大。研究人员认为,这对所有涉及生物分子的研究都有影响。“研究孤立的生物分子当然是必要的。然而,对于一个完整的图像,这种结构和动力学应该在尽可能自然的条件下进行研究,”Schiemann说。Caspar Heubach补充说:“如果一项研究的结果涉及到细胞中的生物分子过程,就像在这个例子中一样,我们也应该研究活细胞中蛋白质的结构和动态。”

由于蛋白质控制着不同的细胞过程,它们也是寻找新的治疗方法的重点。因此,研究人员相信,波恩大学的研究小组提出的结果也可能引起药物研究的兴趣。“细胞内的相互作用对蛋白质的结构和动力学很重要,”Schiemann说。“因此,在寻找活性物质的过程中,酶的结构是如何确定的,就会有所不同。”

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