Разработанная в Университете Майами, трехцепочечная молекула может помочь сделать святой Грааль химии доступным – создать новый искусственный фермент, - пишет eurekalert.org со ссылкой на Nature Chemistry.
Ферменты - это природные электростанции. Находясь в клетках всех животных, растений и любого другого живого организма, они ускоряют химические реакции, которые запускают тысячи биологических функций - от формирования нейронов до переваривания пищи.
Они выполняют свою работу избирательно и быстро - в миллионы раз быстрее, чем мгновение ока. В последние несколько десятилетий возникла область биомиметической химии с целью создания искусственных ферментов, которые могут имитировать силы природных ферменты в промышленных условиях. Искусственные ферменты могут, например, превращать кукурузу в этанол или помогать создавать новые лекарства быстрее, дешевле и эффективнее.
Продвигаясь на шаг ближе к достижению этой цели, Раджив Прабхакар, вычислительный химик из Университета Майами, и его сотрудники из Мичиганского университета создали новую синтетическую трехцепочечную молекулу, которая функционирует так же, как природный металлофермент, или фермент, содержащий ионы металлов.
«Не было ясно, могут ли они быть сделаны, но мы сделали их. И затем мы использовали их, чтобы успешно катализировать реакции, - сказал Прабхакар - профессор химии, который изучает ферментативные реакции в надежде на разработку их искусственных аналогов. «Это постепенный, но важный шаг в разработке искусственных ферментов, которые долгое время считались святым Граалем химии. К сожалению, природные ферменты, действующие в нашем организме и других формах жизни, не очень хорошо переносят другие условия. Они также очень дороги и их нелегко приготовить и очистить».
Для своего новаторского исследования Прабхакар и аспирант Винди М. Джаясинг-Араччиге объединили свои усилия с Винсентом Л. Пекораро - профессором химии из Мичиганского университета, чтобы улучшить работу искусственных ферментов. Мичиганские исследователи ранее создали более простые синтетические металлоферменты, которые успешно катализировали ряд химических реакций. Но эти искусственные макромолекулы были сконструированы с тремя одинаковыми или симметричными "гомотримерными" нитями, которые, по словам Прабхакара, ограничивали их каталитические способности.
В новой молекуле, которую Jayasinghe-Arachchige разработал на суперкомпьютере Университета Майами под руководством Прабхакара, третья цепь отличается по структуре от двух других цепей. Ее квантово-механические расчеты показали, что более сложная, несимметричная трехцепочечная структура, известная как «гетеротримерная» катушка, расширила каталитические свойства гомотримерных искусственных металлоферментов - открытие, которое Пекораро и его команда подтвердили экспериментами в его Мичиганской лаборатории.
«Наши методы разные и дополняют друг друга, - сказал Прабхакар. - То, что делаем мы, не сможет сделать группа Пекораро, и наоборот. Мы моделируем молекулы на компьютере, чтобы предсказать их структурные свойства и механизм их формирования. Они используют наши модели для построения реальной вещи, и в данном случае это первый пример природной гетеротримерной молекулы».
Большинство обывателей, вероятно, сочтут исследование столь же непостижимым, как его название: «Гетеромерные трехцепочечные спиральные катушки, разработанные с использованием стратегии, опосредованной шаблоном Pb(II)(Cys)3». Но суть в том, сказал Прабхакар, что совместные исследования, проведенные в Майами и Мичигане, открывают дверь для новой стратегии создания искусственных ферментов, которые работают так же, как и натуральные ферменты.
Исследователь Джаясингх-Араччиге заявила, что она по-прежнему очарована достижениями в области вычислительной химии, которые позволили ей смоделировать химические структуры и реакции новой молекулы.
«Я очень рада, что наши открытия создадут новые возможности для
разработки эффективных искусственных ферментов, которые могут
быть использованы для повышения качества жизни, - сказал
Джаясингхе-Араччиге, - и как женщина в области, где женщины
недостаточно представлены, я надеюсь, что это исследование
побудит женщин присоединиться к увлекательному миру STEM».
[Фото: eurekalert.org]
