Как метаногены могут обезвредить молекулы кислорода

«Ферменты являются жизненно важными компонентами метаболизма всех живых организмов, и цель нашей лаборатории – понять, как эти наномашины работают на молекулярном уровне», – говорит Тристан Вагнер из Института морской микробиологии Макса Планка и первый автор исследования. опубликовано в научном журнале Chemical Communication в сентябре 2020 г. Для исследования Вагнер культивировал анаэробный микроорганизм Methanothermococcus thermolithotrophicus, который произошел из отложений Неаполитанского залива. Он очистил фермент F420-оксидазу, белок флаводиирон, и кристаллизовал его, что стало обычным методом изучения функционирования ферментов.

«Уже было известно, что F420-оксидаза может превращать кислород в воду», – говорит Вагнер. "Но нам удалось расшифровать механизм."Исследование является результатом сотрудничества ученых из Института морской микробиологии Макса Планка, Института земной микробиологии Макса Планка, Института Пауля Шеррера, Междисциплинарного научно-исследовательского института Гренобля и Европейского центра синхротронного излучения.
Кислород заблокирован
Исследователи выяснили, что этот механизм имеет важное требование: кислород очень реактивен, поэтому крайне важно, чтобы реакция правильно контролировалась ферментом и чтобы растворители не плавали вокруг.

В противном случае кислород может случайно превратиться в супероксид и убить анаэроба. Хитрость фермента F420-оксидазы заключается в использовании газового канала и стробирующей системы. Молекула кислорода сначала направляется по определенному каналу в соответствующую безводную каталитическую полость, содержащую железо.

Затем железо преобразует кислород в воде, который будет высвобожден с помощью запорного механизма. Для этого полость начинает двигаться и открывает небольшую "дверцу".«Благодаря движению вновь образовавшаяся вода выносится наружу.

Пустая полость снова закрывается и становится доступной для следующей молекулы кислорода.
Чтобы понять этот механизм, ученые использовали рентгеновскую кристаллографию. Они сначала получили кристаллическую структуру без кислорода, где они могли видеть безводную каталитическую полость, изолированную от растворителя.

Затем они обработали кристаллы фермента инертным газом криптоном, который, в отличие от кислорода, можно увидеть с помощью рентгеновских лучей. После этого они облучали кристаллы фермента и смогли обнаружить атомы криптона, показывающие газовый канал, ведущий в каталитическую полость. Белок флаводиирон и его канал сохраняются не только в метаногенах, но и в других микроорганизмах, таких как клостридии (которые живут в основном в почве или пищеварительном тракте), в серных бактериях Desulfovibrio gigas или даже в кишечном паразите Giardia Кишечник.

Чем быстрее тем лучше
«Эта реакция действительно быстрая», – говорит Сильвен Энгильберге из Института Пауля Шеррера и первый автор исследования рядом с Тристаном Вагнером. "Эта скорость также очень важна для нашего расследования."Подобные ферменты, такие как лакказа, действуют намного медленнее. «Для будущего применения электрохимических процессов, основанных на биохимических процессах, нам необходимо больше узнать о химической реакции, структуре и функциях различных групп ферментов, восстанавливающих кислород», – говорит Энгилберг. Это также проложило бы путь белковой инженерии, чтобы превратить высокопроизводительный детоксификатор O2 в поглотитель электронов для промышленных процессов.
«Нашим следующим шагом будет понимание разнообразия белка флаводиирона», – говорит Тристан Вагнер.

Некоторые гомологи нацелены не на кислород, а на ядовитый оксид азота, их ферменты могут различать оба газа с высокой специфичностью. Но что такое селективный фильтр? Газовый канал?

Среда каталитической полости? «Необходимо провести дополнительные исследования, чтобы понять, как белок различает кислород и оксид азота», – добавляет Вагнер. Обладая такими знаниями, можно было бы, например, на основе геномной информации предсказать, будет ли белок флаводиирон поглотителем кислорода или оксида азота.

4 комментария к “Как метаногены могут обезвредить молекулы кислорода”

  1. Безусловно, на сегодняшний день ясно … А то я непосредственно не очень то и не осознал где здесь союз с самим тайтлом …

Оставьте комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *