Искусственные ферменты

Исследователи из Калифорнийского и Вашингтонского Университетов разрешили проблему искусственного создания ферментов. Это открытие – прорыв в области компьютерного моделирования и белковой инженерии, а искусственные ферменты могут быть использованы в медицинских целях.

Группы исследователей, работавших над конструированием новых ферментов, возглавили профессора биохимии Кендалл Хоук из Калифорнийского Университета (Kendall Houk) и Дэвид Бэйкер из Вашингтонского Университета (David Baker). Результаты работы будут опубликованы в журнале Nature.

Искусственные ферменты могут стать незаменимыми в разработке новых типов лекарственных препаратов, а также в детоксикации патогенных биологических агентов, так как они могут катализировать реакции, в норме в природе не происходящие. Целью исследователей является создание с помощью компьютерного моделирования ферментов, которые будут катализировать любые интересующие реакции.

Комбинируя химические, математические, физические методы и методы квантовой механики, на данный момент удалось создать фермент, катализирующий так называемую реакцию «элиминации Кемпа» (Kemp elimination reaction), в которой происходит превращение бенз-из-оксазола (benzisoxasole) в гидроксибензонитрил (hydroxybenzonitrile):



В более ранних экспериментах ученым удалось синтезировать другой фермент, катализирующий разрыв связи между двумя углеродными атомами (ретро-альдольная реакция). Это ключевая реакция, задействованная в метаболизме углеводородов у живых организмов. Также они используется в синтезе многих распространенных лекарственных препаратов.

Естественные ферменты – обычно крупные белковые молекулы, необходимые для осуществления всех биологических процессов. Чтобы сконструировать искусственные ферменты, исследователи работали в течение трех лет.

Самое сложное в процессе конструирования модели фермента – это создание его активного сайта. В процессе катализа конформация фермента может неоднократно изменяться, что определяется его первичной структурой. Таким образом, исследователи должны были просчитать каждый этап химической реакции и предсказать все модификации строения фермента.


По материалам:
University of California - Los Angeles