Ферменты, которыми можно управлять с помощью синего света

Заполните форму ниже, и мы вышлем вам по электронной почте PDF-версию книги «Ферменты, которыми можно управлять с помощью синего света».

Заполните форму ниже, чтобы разблокировать доступ ко ВСЕМ аудиостатьям.

Свет влияет на живые организмы по-разному: например, растения ориентируют направление своего роста на солнце, а циркадные ритмы у человека контролируются дневным светом. В этих процессах всегда участвуют фоторецепторы — белки, способные воспринимать разные цвета и интенсивность света.

Теперь исследователи из Технологического университета Граца (TU Graz) расшифровали функцию высокоэффективного фоторецептора. Их результаты были опубликованы в журнале Science Advances. Исследовательская группа изучила белок дигуанилатциклаза, который содержится во многих бактериях. Его ферментативная функция регулирует выработку центрального вещества-мессенджера, которое контролирует образ жизни бактерий. В темноте белок почти полностью неактивен, но как только он подвергается воздействию синих компонентов дневного света, его ферментативная активность быстро возрастает. «Ферментативная активность белка примерно в 10 000 раз выше, когда он подвергается воздействию света, чем в темноте», — сказал Андреас Винклер, руководитель рабочей группы по фотобиохимии в Институте биохимии Технического университета Граца. В большинстве фоторецепторов активность увеличивается в несколько раз. от 5 до 50, что приводит к более постепенным изменениям активности белка. "Напротив, белок, который мы охарактеризовали, реагирует очень сильно, поэтому на самом деле он работает как выключатель", - объяснил Винклер. Такое эффективное переключение белка может будут использоваться в будущем для улучшения и оптимизации оптогенетических инструментов.

Подпишитесь на ежедневный информационный бюллетень Technology Networks, чтобы каждый день доставлять последние научные новости прямо на ваш почтовый ящик.

Теперь исследователи раскрыли архитектуру и функцию белкового переключателя. Белок состоит из двух функциональных частей: одна отвечает за восприятие синего света, а другая — за собственно ферментативную активность, служащую катализатором химической реакции. Под воздействием синего света белок меняет свою структуру. В неактивном состоянии весь белок находится в компактной форме, но при контакте со светом белок растягивается, соединяя ранее разделенные ферментативные части. Затем белок вырабатывает специфические молекулы-мессенджеры, которые сигнализируют бактериям об изменении условий окружающей среды. Если это возможно, бактерия адаптируется к этим новым условиям. «Примером этого является образование агрегатов, известных как биопленки, которые делают бактерии более устойчивыми к воздействиям окружающей среды», — пояснил Андреас Винклер.

«Я очень рада, что наше исследование позволило получить ценную информацию о механизме действия этого удивительного белка», — прокомментировала Уршула Виде, первый автор исследования и аспирант Института биохимии Технического университета Граца. «Понимание механизма, лежащего в основе этого света. Активируемый ферментный переключатель открывает двери для возможных применений в различных дисциплинах». Одним из них являются методы оптогенетического лечения, используемые в медицине. Переключение белка также принесет пользу исследованиям в области клеточной биологии, поскольку это позволит целенаправленно запускать определенные изменения на молекулярном уровне, которые затем можно будет анализировать более эффективно. «Но мы все еще далеки от такого практического применения этого конкретного переключателя. ", - отметил Винклер. Однако он считает, что исследования его команды привели к некоторым важным, фундаментальным открытиям.

Для своих экспериментов исследователи не изолировали белок из исходных бактерий, а вместо этого произвели его в лаборатории с помощью генной инженерии. Они использовали дифракцию рентгеновских лучей для анализа молекулярной структуры, которая легла в основу трехмерной модели. В сочетании с дополнительными экспериментами эта модель позволила исследователям сделать выводы об изменениях в структуре белка под воздействием синего света, что привело к конкретным выводам о молекулярной функции биологического переключателя.