酶的结构决定了它们如何控制重要的过程,例如消化或免疫反应。这是因为蛋白质化合物不是刚性的,而是可以通过可移动的“铰链”改变其形状。酶的形状可以取决于其结构是在试管中还是在活细胞中进行测量。这就是波恩大学的物理化学家发现的鼠疫病原体酶YopO的发现。这项基本结果现已发表在《Angewandte Chemie》杂志上,也可能引起药物研究的兴趣。

生物催化剂的结构取决于它们在细胞中还是在试

所有活细胞都含有蛋白质,这对于维持人体功能至关重要。蛋白质主要由氨基酸组成,并且作为催化剂(酶),能够进行原本不会发生的生化反应。酶控制例如消化和免疫系统。波恩大学物理与理论化学研究所的Olav Schiemann教授说:“ 生化反应的类型及其发生方式取决于蛋白质的结构。” 蛋白质不是刚性的,但可以通过可移动的“铰链”改变其形状。结构与动力学之间的相互作用决定了会发生什么。该酶 并且要转换的物质必须像钥匙和锁一样装配在一起,以催化特定的过程。

YopO锚定在膜中,因此特别稳定

科学家使用鼠疫病原体(耶尔森氏菌)的蛋白质进行研究。它们通过将诸如YopO(耶尔森氏菌外部蛋白O)之类的蛋白质注入攻击的巨噬细胞来欺骗免疫系统。YopO与防御细胞的肌动蛋白结合,导致免疫细胞不再能够包裹和消化病原体。Schiemann解释说:“我们之所以使用YopO,是因为这种酶在医学上很有趣,并且可以锚定或固定在膜上。” “后者是我们在室温下进行测量的重要先决条件。”

Schiemann研究小组的Nico Fleck为此目的开发了自旋标签,这些标签专门用于细胞内的研究。这些是团队成员Caspar A. Heubach附着在蛋白质不同位置上的微小“标志”。团队成员Tobias Hett使用DQC(双量子相干)方法在分子水平上像尺子一样工作,然后测量了两个标记之间的距离。赫特说:“如果我们知道自旋标记之间的距离,我们就可以推断出某种酶可以假定的结构。” 这有点像分子的“卫星导航”。毕竟,车辆导航系统也基于距离测量。

研究人员在所施加的DQC方法YopO 试管和,为了比较,在非洲爪蟾卵,其经常被用作科学模型生物。为了在细胞中进行测量,用注射器将带有标志的YopO注射到卵中,“非常类似于鼠疫病原体在分子水平上的作法,” Nico Fleck解释说。这表明,在试管中的水溶液中,YopO能够吸收比鸡蛋中更多的不同结构。Schiemann说:“ YopO在试管中的结构比在活细胞中的移动性更大。” “在细胞中,膜等结构以及与其他蛋白质的相互作用降低了YopO的结构多样性。”

基本原则

这一发现不仅适用于YopO,而且是一个基本原理:在试管中,没有其他细胞结构施加的“紧身胸衣”,酶的展开可能性更大。研究人员认为,这对所有涉及生物分子的研究都有影响。Schiemann说:“对分离出的生物分子的研究当然是必不可少的。但是,要获得完整的图像,应该在尽可能自然的条件下研究这种结构和动力学。” 卡斯珀·休巴赫(Caspar Heubach)补充说:“如果一项研究的结果涉及细胞中的生物分子过程,那么在这种情况下,还应该研究活细胞中蛋白质的结构和动力学。”

由于蛋白质控制着不同的细胞过程,它们也是寻找新疗法的重点。因此,研究人员有信心波恩大学研究团队提出的结果也可能对药物研究感兴趣。Schiemann说:“细胞中的相互作用对于蛋白质的结构和动力学很重要。” “因此,在寻找活性物质时如何确定酶的结构会有所不同。”