Odkrywanie tajemnic enzymów - katalizatorów życia
Bez enzymów życie nie mogłoby istnieć. Odpowiadają bowiem za reakcje chemiczne, których produktami są substancje potrzebne naszym komórkom i organizmom. Należące do tej kategorii białka wpływają na każdą funkcję organizmu, począwszy od oddychania, na trawieniu kończąc, ponieważ są w stanie znacząco przyspieszyć tempo reakcji chemicznych i doprowadzić je do poziomów, które w innym wypadku byłyby niemożliwe do uzyskania. Dotychczas naukowcy nie do końca rozumieli, w jaki sposób działa koordynacja oddziaływań enzymów w komórce. Znalezienie odpowiedzi na to pytanie jest jednak możliwe dzięki współczesnym narzędziom. Zespół projektu MetaQ koncentruje się na cząsteczce zwanej koenzymem Q i sposobach jej biosyntezy. Choć większość czytelników i czytelniczek zna koenzym Q jako składnik produktów kosmetycznych, to białko jest wszechobecne w naturze i jest niezbędne dla życia. Jest kluczowym składnikiem chemicznym procesu oddychania, działa jako przeciwutleniacz, a zmiany jego poziomu są powiązane z wieloma chorobami. „Ze względu na swoją złożoność, istotną rolę w procesach życiowych i znaczenie biomedyczne, proces wytwarzania koenzymu Q stanowi idealny obszar pozwalający na badanie sposobu, w jaki komórki koordynują aktywność enzymatyczną w czasie i przestrzeni”, wyjaśnia Andrea Mattevi, kierownik projektu z Uniwersytetu w Pawii we Włoszech. Koenzym Q stanowi doskonały model, na podstawie którego można znaleźć odpowiedzi na pytania stanowiące podstawę badań prowadzonych w ramach projektu MetaQ, w tym: W jaki sposób enzymy dbają o skuteczną wymianę cząsteczek między sobą? W jaki sposób zapobiegają marnotrawstwu lub rozkładowi produktów reakcji, zanim zostaną przetworzone przez kolejny enzym? W jaki sposób dane enzymy są wykorzystywane w ramach konkretnych szlaków metabolicznych? Badacze mają nadzieję, że biosynteza koenzymu Q pozwoli na znalezienie odpowiedzi na te pytania.
Zbiór zamiast zupy
Od czasu rozpoczęcia prac w październiku 2023 roku, zespół projektu MetaQ dokonał odkryć dotyczących szeregu nieznanych dotychczas etapów reakcji chemicznych w ramach biosyntezy koenzymu Q w ludzkich komórkach. „To fundamentalny przełom, który pozwala nam lepiej zrozumieć działanie tego istotnego szlaku metabolicznego”, zauważa Mattevi. Zespół odkrył również, że enzymy biorące udział w tym procesie łączą się w luźne zespoły, które pełnią funkcję fabryk wytwarzających substancje chemiczne. „Dzięki temu układowi seria reakcji przebiega sekwencyjnie, co pozwala na minimalizację strat związków pośrednich, które mogłyby być toksyczne dla komórki”, zauważa badacz. Jak uważa Mattevi, to jeden z pierwszych przykładów, które dowodzą, że komórki nie są „zupą enzymów”, gdzie każdy enzym przeprowadza swoje reakcje chemiczne w izolacji. „To dowodzi, że istnieją wyższe poziomy organizacji, w ramach których enzymy współdziałają i wpływają na swoje lokalizacje w celu koordynacji działań, zwiększania wydajności i ograniczania wytwarzania niepotrzebnych oraz szkodliwych produktów ubocznych”. Obecnie celem zespołu jest opracowanie i zastosowanie narzędzi doświadczalnych w celu zbadania sposobu funkcjonowania zespołów enzymów, aby ustalić w jaki sposób łączą się ze sobą, jak oddziałują na siebie nawzajem i jak koordynują swoje funkcje poprzez fizyczną bliskość. Zespół projektu MetaQ (When enzymes join forces: unmasking a mitochondrial biosynthetic engine) planuje rozszerzyć badania na inne procesy metaboliczne, w ramach których orkiestracja enzymów umożliwia realizację złożonych funkcji chemicznych i metabolicznych istotnych z punktu widzenia biomedycyny. Jeśli chcesz, żeby twój projekt został zaprezentowany jako „Projekt miesiąca” w kolejnym wydaniu magazynu, wyślij wiadomość na adres editorial@cordis.europa.eu i opowiedz nam o nim.