Ученые из Университета ИТМО и Еврейского университета в Иерусалиме открыли ранее неизвестный механизм воскрешения белков после температурной денатурации, который не только лишь восстанавливает активную функцию белков, но и повышает их изначальную активность практически в два раза. Механизм получил название «эффект Феникса», результаты исследования опубликованы в журнале Scientific Reports.
Новый способ ренатурации белков основан на смешении денатурированных белковых молекул (карбоновая ангидраза) с коллоидным раствором неорганических наночастиц оксида алюминия. Оказалось, что при переходе коллоидного раствора в гель наночастицы начинают сшиваться друг с другом, оказывая на молекулы белка механическое давление. В результате каждая белковая молекула попадает в индивидуальную пористую оболочку из наночастиц, что препятствует губительному спутыванию белков в процессе восстановления и в конечном итоге возвращает белкам их исходную пространственную структуру, а значит и активную функцию.
Сравнив эффективность белков до денатурации и после ренатурации, химики обнаружили, что «воскресшие» белки стали на 180% эффективнее, чем их предшественники. Связано это с тем, как белок вступает в реакцию с окружающим его субстратом. «У каждой белковой молекулы есть свой активный центр, за счет которого происходит взаимодействие со средой. Этот активный центр составляет всего 5-10 процентов от всей поверхности белка, все остальное — это своеобразный балласт. При ренатурации мы имеем длинную вытянутую молекулу с активным центром и расходящимися в разные стороны хвостами. Активный центр и наночастицы оксида алюминия имеют один заряд, поэтому будут отталкиваться, а вот хвосты имеют другой заряд и будут притягиваться к наночастицам. Получается так, что активный центр окажется расположен максимально далеко от стенки оболочки и будет вывернут прямо по направлению к поре, оставаясь доступным для взаимодействия с субстратом», — пояснил Владимир Виноградов, один из авторов работы, заведующий лабораторией растворной химии передовых материалов и технологий Университета ИТМО.
Открытие может быть также использовано для оптимизации производства лекарств на основе активных белков. По словам ученых, возможность перевода денатурированных белков обратно в активное состояние, да еще и с повышенной эффективностью, позволила бы удешевить производство многих лекарств и сделать их более доступными.
