Procesy chemiczne zachodzące podczas przetwarzania fosforanów w enzymach
Hydroliza estrów fosforanowych jest ważnym rodzajem reakcji chemicznych w biologii. Odgrywa główną rolę w przetwarzaniu kwasu nukleinowego, magazynowaniu energii i sygnalizacji. Jednakże złożony charakter tej reakcji uniemożliwiał całkowite poznanie szczegółów mechanizmu rozszczepienia estru fosforanowego. Możliwe mechanizmy reakcji są aktualnym tematem debat naukowych. W ramach finansowanego ze środków unijnych projektu PHOSPHOENZYMQMMM (Phosphate processing in enzymes: structure, dynamics and chemistry) przeprowadzono wielkoskalową analizę strukturalną przy użyciu dostępnych struktur krystalograficznych zarejestrowanych w bazie danych Protein Data Bank (PDB). Ta analiza umożliwiła identyfikację konserwowanych reszt argininowych w enzymach hydrolizy NTP. Naukowcy odkryli konserwowane reszty argininowe, które odgrywały kluczową rolę w mechanizmie reakcji enzymów – dUTPaz. Dzięki badaniu enzymów typu dzikiego i mutantów obejmującemu oznaczanie struktury za pomocą promieniowania rentgenowskiego, eksperymenty biochemiczne i modelowanie obliczeniowe, ujawniono rolę struktur bogatych w argininę (ang. arginine fingers), które stykają się z fosforanem gamma podczas mechanizmu katalitycznego. To zostało zidentyfikowane po raz pierwszy w funkcji enzymu – pirofosfatazy. Łącznie konsorcjum zbadało kilka enzymów katalizujących fosforany, w tym dUTPazy i odwrotne transkryptazy HIV (RT). Naukowcy zidentyfikowali nowy mechanizm transferu protonów za pośrednictwem konserwowanej histydyny, a także wykazali, że wiązanie nowych inhibitorów z tymi alternatywnymi kieszeniami może wpływać na aktywność RNazy H HIV-RT, co jest kluczowym elementem replikacji wirusa. Wyniki projektu, oprócz dostarczenia informacji na temat mechanizmu rozszczepienia wiązania fosforowo-tlenowego, mają istotne znaczenie kliniczne. Ponieważ hydroliza fosforanu jest katalizowana przez enzym RT HIV, zrozumienie procesów chemicznych odpowiedzialnych za jego działanie przyczyni się do zwalczenia pojawiającego się problemu oporności na terapię antyretrowirusową dzięki opracowaniu nowych leków, które docierają do alternatywnych miejsc wiążących.
Słowa kluczowe
Enzym, hydroliza estrów fosforanowych, PHOSPHOENZYMQMMM, dUTPaza, HIV RT
