Без ферментов зашла бы в тупик природа. Эти крошечные молекулы ускоряют биохимические реакции или делают их возможными во-первых. Но как это происходит на молекулярном уровне? «Понимание точной функции ферментов является одной из самых больших проблем современной биохимии», говорит Вилл Кэйла, профессор Вычислительного Биокатализа в Мюнхенском техническом университете.Исследовательская группа во главе с Виллом Кэйлой и Майклом Гроллом, профессором Биохимии в Мюнхенском техническом университете, впервые, расшифровала механизм фермента aspoquinolone J (AsqJ), dioxygenase, который активирует углеродные связи с кислородом.
Один фермент – много реакцийAsqJ фермента особенно захватывающий, поскольку он катализирует каскад химических реакций, которые в конечном счете приводят к формированию антибактериальных комплексов. Это было обнаружено только несколько лет назад в грибе Aspergillus nidulans.
Исследователи объединили различные методы, чтобы раскрыть тайны, проводимые в ферменте: Во-первых, Алоис Броер и профессор Майкл Гролл использовали кристаллографию рентгена, чтобы определить трехмерное строение атома молекулы. Софи Мэдер и Вилл Кэйла тогда использовали эту информацию, чтобы выполнить квант механические моделирования на его биохимических процессах.Объяснение тайн AsqJ с моделированиями«Наши вычисления иллюстрируют, как фермент катализирует формирование алкалоида хинолона», сообщает Кэйла. «Крошечные детали имеют удивительные эффекты: небольшое изменение в основании, как удаление малочисленной химической группы, достаточно, чтобы практически остановить реакцию».Затем, команда в вычислительном отношении проектировала новый вариант фермента, который катализирует формирование алкалоидов хинолона с измененным основанием.
Этот новый фермент был экспериментально произведен у бактерий и проверен на его функциональность. «Результаты были впечатляющими: ожидаемая реакция произошла только после нескольких секунд», вспоминает Броер.Вычислительный дизайн новых комплексов«Этот эксперимент демонстрирует, что наша методология работает и также подходит представлять функциональность других ферментов на молекулярном уровне», говорит Вилл Кэйла.
Дизайн фермента все еще на базовом уровне, но у него есть огромный потенциал. В будущем мы могли стремиться в вычислительном отношении проектировать медицинские наркотики, например.«Работа демонстрирует, что наша методология точна и также хорошо подходящий для исследования функциональность других ферментов на молекулярном уровне», говорит Вилл Кэйла. Дизайн фермента – все еще фундаментальное исследование – но у этого есть огромный потенциал.
Цель будущего исследования будет состоять в том, чтобы проектировать ферменты в компьютере к, например, произвести новые наркотики.