Профессор Вик Аркус (Университет Вайкато) и его коллеги, включая профессора Бристоля Адриана Малхолланда и доктора Марка ван дер Кампа, показали, что теплоемкость ферментов изменяется во время реакции, когда ферменты сжимаются. То, насколько сильно ферменты сжимаются, является решающим фактором при определении температуры, при которой они работают лучше всего.
Эти открытия могут предоставить путь к разработке лучших биокатализаторов для использования в химических реакциях в промышленных процессах, таких как производство лекарств.Ферменты имеют оптимальную температуру, при которой они наиболее каталитически активны. Выше этой температуры они становятся менее активными. Ранее считалось, что это происходит из-за того, что ферменты разворачиваются (теряют свою функциональную форму) при более высоких температурах, но на самом деле они обычно становятся менее активными при более высоких температурах, даже если они сохраняют свою функциональную форму.
Так что же делает их менее активными? И что заставляет ферменты разных организмов иметь разную каталитическую активность при одной и той же температуре? Ферменты организмов, которые живут при нормальных температурах, не очень активны при низких температурах, в то время как адаптированные к холоду ферменты активны на холоде — почему, когда они имеют очень похожие структуры?
Новое исследование, опубликованное как «Новая концепция» в биохимии (и отобранное по выбору редакции Американского химического общества (ACS)), показывает, что основное физическое свойство — теплоемкость — объясняет и предсказывает температурную зависимость ферментов. . Теплоемкость вещества — это количество тепла, необходимое для повышения его температуры на один градус. Для ферментов теплоемкость изменяется во время реакции, и это изменение «настраивается» для получения оптимальной температуры.Профессор Малхолланд сказал: «Наша теория — теория скорости макромолекул (MMRT) — применима ко всем ферментам, и поэтому будет играть решающую роль в прогнозировании метаболической активности как функции температуры.
«Мы также ожидаем увидеть характеристики MMRT на уровне клеток, целых организмов и даже экосистем. Это означает, что это важно для понимания и прогнозирования реакции биологических систем на изменения температуры, например, того, как экосистемы будут реагировать на изменения температуры. связанных с изменением климата ».Теория также объясняет, почему ферменты такие большие (чем «сложнее» химический состав катализировать, тем больше фермент).
Это также намекает на то, почему в конечном итоге эволюция предпочла белки нуклеиновым кислотам в качестве катализаторов в биологии: белки предлагают гораздо больше возможностей «настраивать» динамику и свою реакцию на химические реакции.
