Исследование, проведенное учеными из Universitat Jaume I и Университета Валенсии, было опубликовано в журнале Nature Chemistry.
Моделирование процессов катализа с помощью суперкомпьютеров позволило узнать, как фермент эволюционирует в процессе. "Если мы сравним это с картографической картой, у нас будет на одной оси координата, которая представляет молекулу, которая трансформируется, а то, что представлено на другой оси, — это то, что изменяет белок, который содержит и модифицирует эту молекулу.
Если мы объединим эти данные, мы сможем количественно оценить гибкость белка, насколько он деформируется, сколько энергии вам нужно, чтобы деформировать этот белок, чтобы вызвать желаемую реакцию, и т. Д.,"сказал Висент Молинер, координатор группы вычислительной биохимии в UJI, которая разработала проект в сотрудничестве с группой исследования воздействия на окружающую среду в Университете Валенсии во главе с Инаки Тунон. В исследовании также участвовали Хосе Хавьер Руис и Серхио Марти из UJI и Рафаэль Гарсиа-Месегер из UV.
На сегодняшний день мы могли получить информацию о начальной и конечной структуре белка, но мы не знали, каково это было в переходном состоянии, так называемой «точке максимальной мощности», которая отмечает наивысший уровень барьера для прохождения. из одной точки в другую. «Знание того, как белок эволюционирует в ходе реакции, означает продвижение на один шаг вперед, потому что белок или определенные аминокислоты белка также участвуют синхронно с разрывом и образованием связей во время этого катализируемого процесса», — объясняет Молинер. К 60-й годовщине первого задокументированного восхождения на Эверест профессор физической химии UJI проводит параллель с горой: если вы хотите перейти из одной долины в другую, вы должны знать самую высокую точку, через которую вы пройдете. должен пересечь. «В долинах ситуация стабильна, эти молекулы стабильны и могут быть изучены экспериментальными методами (ядерный магнитный резонанс, дифракция рентгеновских лучей и т. Д.).), но эти молекулы в точке максимальной энергии, в самой высокой точке, находятся там в течение короткого времени, и пока они не могут быть изучены.
Если вы знаете, насколько высок барьер и как он, то вы можете справиться с ним, попытаться снизить его или даже найти альтернативный путь."
Ферменты — это катализаторы, которые позволяют с высокой скоростью протекать химическую реакцию, которая обычно протекает с очень низкой скоростью. В нормальных условиях окружающей среды это было бы даже практически невозможно.
В промышленности эти реакции вызывают высокие температуры или высокое давление, что влечет за собой высокие затраты на электроэнергию и воздействие на окружающую среду. Биотехнология позволяет разрабатывать биокатализаторы, которые производят эти реакции более экономично, эффективно и устойчиво. «Если мы сможем синтезировать катализатор, чтобы вызвать реакции, требующие высоких температур или давления в естественных условиях при комнатной температуре, это было бы значительной экономической и энергетической экономией», — отмечает исследователь.
В живых организмах ферменты позволяют переходить от одной точки к другой по гораздо более легкому пути. «С реакциями, которые происходят в живых организмах за минуты или секунды, потребуется время, эквивалентное жизни на Земле, миллиарды лет без ферментов», — заявляет он.
В области медицины ключевым моментом является разработка новых катализаторов и ингибиторов, блокирующих действие этих ферментов. «Например, химиотерапия блокирует ферменты, которые способствуют размножению злокачественных клеток, но со значительными побочными эффектами. "Лучшее знание ферментов может позволить блокировать их более избирательно и эффективно", — подчеркивает Миллер.
Цель исследовательской группы вычислительной биохимии в Университете Жауме I состоит в том, чтобы лучше понять ферменты и процессы катализа, потому что, как говорит Молинер, «если вы знаете, как они работают, вы находитесь в уникальном положении, чтобы контролировать большинство химических процессов."