Skip to main content

Understanding the molecular mechanism of enzymatic processes by a combination of NMR spectroscopy and molecular dynamics simulations

Article Category

Article available in the folowing languages:

Oddziaływania atomów w reakcjach enzymatycznych

Enzymy mogą zwiększać szybkość reakcji o 15 rzędów wielkości, czyli aż o tysiąc trylionów! W badaniach UE sprawdzano na poziomie atomu dynamikę zachowań enzymów w trakcie reakcji.

Zdrowie

Ze względu na to, że zaangażowane są we wszystkie reakcje chemiczne zachodzące w naszym organizmie, enzymy są niezbędne dla optymalnego stanu zdrowia i mogą znaleźć zastosowanie w wielu procesach przemysłowych naśladujących naturalne układy. Projekt MMEP zaowocował opracowaniem szczegółowej definicji mechanizmu działania dwóch istotnych enzymów: cyklofiliny A (CypA) oraz PagP. CypA odgrywa szczególnie znaczącą rolę w chorobach u ludzi. Reguluje ona proces zwijania białek i ich transportu, a wydzielana jest w odpowiedzi na czynniki zapalne. Badacze rejestrowali wyniki doświadczalne przy użyciu symulacji dynamiki molekularnej. Zespół badawczy zastosował nowatorskie podejście z zastosowaniem przesunięć chemicznych – zmian w częstotliwości rezonansu jąder atomów. Przesunięcia te zostały zarejestrowane przy pomocy spektroskopii magnetycznego rezonansu jądrowego. Dane z tego doświadczenia posłużyły do wprowadzenia korekt w polu siły, aby symulacja była bardziej zgodna z danymi doświadczalnymi. Naukowcy zastosowali także zaawansowane metody pobierania próbek, aby zminimalizować problem konformacji w próbkach, co związane jest ze zjawiskiem zmiany kształtu enzymów w celu wywołania zmian w substracie. Projekt MMEP przyczynił się do odkrycia mechanizmów działania CypA na poziomie atomowym podczas podmieniania atomu w substracie. Bazując na tym modelu, zespół badawczy zaprojektował test z zastosowaniem pojedynczej podmiany atomu, która jest wystarczająca do regulacji przebiegu reakcji. W ramach projektu udało się ustalić zarys submolekularnej dynamiki aktywności enzymu CypA. Wszechobecny w metabolizmie komórki enzym CypA ma wpływ na tak różne choroby, jak: choroby układu sercowo-naczyniowego, infekcje wirusowe, choroby neurodegeneracyjne, nowotwory, reumatoidalne zapalenie stawów, sepsa, astma czy periodontopatie. Zrozumienie roli CypA w komórce doprowadzi do lepszego zrozumienia molekularnych mechanizmów stojących za powyższymi chorobami oraz pomoże w opracowaniu nowych terapii farmakologicznych.

Słowa kluczowe

Atomowy, enzym, CypA, zwijanie białka, dynamika molekularna, symulacja, przesunięcie chemiczne, spektroskopia magnetycznego rezonansu jądrowego, konformacja, choroba, terapia

Znajdź inne artykuły w tej samej dziedzinie zastosowania