• Artykuły
  • Forum
  • Ciekawostki
  • Encyklopedia
  • Badanie ujawnia tajemnicę biochemii roślin i kontroli enzymów

    22.09.2011. 17:49
    opublikowane przez: Redakcja Naukowy.pl

    Naukowcy ze Szwecji i USA odkryli, skąd enzym "wie", gdzie wstawić wiązanie podwójne podczas desaturacji kwasów tłuszczowych roślin. Opisane w czasopiśmie Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) badanie rozwiązuje 40-letnią zagadkę dotyczącą tego, w jaki sposób enzymy kontrolują tak precyzyjną lokalizację. Informacje te mogą pomóc nam zrozumieć ten mechanizm, który zależy od pojedynczego aminokwasu znajdującego się z dala od aktywnego miejsca enzymu. Dzięki zgromadzonym danym naukowcy mogą zastosować oleje roślinne jako odnawialne zamienniki paliw kopalnych.

    "Wartość rynku roślinnych kwasów tłuszczowych szacuje się na 150 mld USD (110 mld euro) rocznie" - tłumaczy główny autor badania John Shanklin z Narodowego Laboratorium Brookhaven przy Departamencie Energii USA (DOE). "Ich właściwości, a tym samym potencjalne zastosowania i wartość, zależą od pozycji wiązań podwójnych w łańcuchach wodorowęglanowych, które stanowią ich kręgosłup. Możliwość kontrolowania pozycji wiązań podwójnych pozwoliłaby nam stworzyć nowe kwasy tłuszczowe, do zastosowania jako surowce przemysłowe".

    Desaturazy, czyli enzymy odpowiedzialne za umiejscowienie wiązania podwójnego, usuwają atomy wodoru i wstawiają wiązania podwójne pomiędzy sąsiadującymi atomami węgla w określonych miejscach na łańcuchach wodorowęglanowych. Pytanie brzmi: skąd dany enzym wie, że ma wstawić wiązanie podwójne w określonym miejscu, a inny, ale bardzo podobny enzym wstawia je w innym miejscu. Odpowiedzi udzielają naukowcy z Brookhaven i ich współpracownicy ze szwedzkiego Karolinska Institutet.

    "Większość enzymów rozpoznaje w molekułach, na które działają, cechy, które są bardzo blisko miejsca działania enzymu" - mówi dr Shanklin. "Jednak wszystkie grupy węgiel-wodór tworzące szkielet kwasów tłuszczowych są bardzo podobne, bez cech wyróżniających - jak śliska lina, na której nie ma się czego złapać".

    Naukowcy zbadali dwie desaturazy, które były zasadniczo podobne, ale znajdowały się w różnych lokalizacjach: desaturazę rącznika i desaturazę bluszczu. Według badaczy znalezienie różnic w tych przykładach nie byłoby trudne. Pierwsze poszukiwania wyjaśnienia tego fenomenu nie przynosiły jednak rezultatów.

    "Struktury kryształowe są niemalże identyczne" - mówi dr Shanklin. Dlatego naukowcy postanowili sprawdzić, w jaki sposób enzymy wiążą się ze swoimi substratami (łańcuchami kwasów tłuszczowych przyczepionych do małego białka transportowego). Najpierw zbadali strukturę kryształową związanej z substratem desaturazy rącznika. Następnie użyli modelowania komputerowego, aby zobaczyć, w jaki sposób białko transportowe "dokuje się" na enzymie.

    "Wyniki komputerowego modelu dokowania dokładnie odpowiadały rzeczywistej strukturze kryształowej, umożliwiającej umieszczenie atomów węgla 9 i 10 dokładnie w aktywnym miejscu enzymu" - mówi badacz.

    Później zespół stworzył model dokowania białka transportowego dla desaturazy bluszczu. Tutaj zadokowało się ono w odmiennej orientacji, z atomami węgla w aktywnym miejscu desaturacji. "Tak więc model dokowania przewidział inną orientację, która dokładnie odpowiadała swoistości" - objaśnia.

    "To wielka satysfakcja móc w końcu rozwiązać tę zagadkę, co nie byłoby możliwe bez wysiłku całego zespołu i wykorzystania naszej wszechstronnej wiedzy z zakresu biochemii, genetyki, modelowania komputerowego i krystalografii rentgenowskiej" - mówi dr Shankin. "Jestem przekonany, że wykorzystując to, czego się właśnie dowiedzieliśmy, możemy przeprojektować enzymy i osiągnąć żądane swoistości w celu wytworzenia nowatorskich kwasów tłuszczowych w roślinach. Takie nowe kwasy tłuszczowe byłyby odnawialnym zasobem, który zastąpiłby surowce obecnie pozyskiwane z ropy naftowej i używane do produkcji wyrobów przemysłowych, takich jak tworzywa sztuczne".

    Za: CORDIS

    Czy wiesz ĹĽe...? (beta)
    Biosynteza kwasów tłuszczowych – reakcje biochemiczne, prowadzące do powstania kwasów tłuszczowych z jednostek acetylo-CoA. Kwasy tłuszczowe omega-6 (zwane też kwasami tłuszczowymi n-6 lub ω-6) – nienasycone kwasy tłuszczowe, których ostatnie wiązanie podwójne znajduje się przy szóstym od końca atomie węgla łańcucha węglowodorowego. W postaci acylogliceroli wchodzą w skład tłuszczów. Kwasy omega-6 należą do niezbędnych nienasyconych kwasów tłuszczowych (NNKT), co oznacza, że nie są one produkowane przez organizm człowieka, a jednocześnie są mu potrzebne do prawidłowego funkcjonowania i muszą być pobierane z pożywienia. Kwasy tłuszczowe egzogenne (NNKT – Niezbędne Nienasycone Kwasy Tłuszczowe, ang. EFA – Essential Fatty Acid) nazywane też kwasami niezbędnymi – grupa kwasów tłuszczowych, które nie mogą być syntetyzowane w organizmie zwierzęcym i muszą być dostarczane w pożywieniu, w przeciwieństwie do kwasów endogennych. Żywienie pokarmami ubogimi w niezbędne kwasy tłuszczowe może doprowadzić do zaburzeń chorobowych.

    β-oksydacja (β-oksydacja Knoopa) – szereg reakcji przekształcenia kwasów tłuszczowych w acetylokoenzym A (acetylo-CoA) w przypadku kwasów tłuszczowych o parzystej liczbie węgli oraz acetylo-CoA i propionylo-CoA, gdy liczba atomów węgla jest nieparzysta. Liaza ATP-cytrynianowa – enzym z grupy liaz uczestniczący w transporcie grupy acetylowej w syntezie kwasów tłuszczowych. Oprócz koenzymu A jego substrat stanowi cytrynian. Związek ten, powstający w mitochondrium w reakcji kondensacji acetylo-CoA i szczawiooctanu, dzięki transporterowi trikarboksylanów może przebyć błonę i dostać się cytoplazmy, o ile acetylo-CoA występuje w nadmiarze. Tam właśnie dziła liaza ATP-cytrynianowa, zależny od ATP enzym, który odtwarza acetylo-CoA i szczawiooctan. Enzym najaktywniejszy jest w czasie sytości.

    Ostre stłuszczenie wątroby ciężarnych – rzadkie, zagrażające życiu powikłanie ciąży, które występuje w trzecim trymestrze ciąży lub bezpośrednio po porodzie. Uważa się, że jest powodowane zaburzonym metabolizmem kwasów tłuszczowych w mitochondriach matki, spowodowanym niedoborem enzymu LCHAD (dehydrogenaza 3-hydroksyacyl-koenzymu A długołańcuchowych kwasów tłuszczowych). Wcześniej uważano, że ostre stłuszczenie wątroby ciężarnych wiąże się z dużą umieralnością, ale intensywne leczenie stabilizujące stan matki poprzez dożylne podawanie płynów i produktów krwiopochodnych, z oczekiwaniem na możliwość wczesnego zakończenia ciąży, poprawiło rokowanie. Elastaza, (EC 3.4.21.37), to enzym należący do grupy hydrolaz, a dokładniej - endopeptydaz. W swoim centrum aktywnym zawiera aminokwas serynę, tak więc jest zaliczana do proteaz serynowych. Elastaza hydrolizuje wiązania peptydowe, w sąsiedztwie których znajdują się aminokwasy o małych łańcuchach bocznych, np. glicyna, alanina i seryna. Posiada zdolność do degradacji białka - elastyny, jednak z dużą opornością. Wydzielana jest przez granulocyty obojętnochłonne (które produkują także wiele innych hydrolaz) oraz przez trzustkę w postaci zymogenu proelastazy. Optimum działania dla tego enzymu to pH 7-9.

    Niedobór dehydrogenazy 3-hydroksyacylo-koenzymu A długołańcuchowych kwasów tłuszczowych (niedobór LCHAD, ang. long-chain 3-hydroxyacyl-coenzyme A dehydrogenase deficiency, LCHAD deficiency) – rzadka uwarunkowana genetycznie choroba metaboliczna o dziedziczeniu autosomalnym recesywnym. Przyczyną choroby jest mutacja w obu allelach genu HADHA w locus 2p23, kodującego enzym dehydrogenazę 3-hydroksyacylo-koenzymu A długołańcuchowych kwasów tłuszczowych (LCHAD). Białko enzymu zlokalizowane jest w mitochondriach i wchodzi w skład tzw. trójfunkcyjnego kompleksu białkowego (ang. mitochondrial trifunctional protein). Dehydrogenazy to ogólna nazwa enzymów odczepiających atomy wodoru (łac. hydrogenium - wodór) z rozmaitych związków organicznych występujących w organizmach żywych. Przykładem może być kompleks dehydrogenazy kwasów tłuszczowych czy enzymy cyklu Krebsa. Odrywany atom wodoru nie występuje w postaci rodnika tylko jest wiązany z NADP i tak używany do hydrogenacji (uwodorniania) albo utleniany w kaskadzie oksydacyjnej mitochondrium produkując ATP~P~P. Dopuszczalne jest przeniesienie w dwoch etapach jednoelektronowych z utworzeniem rodników. Mechanizm i stereochemie reakcji katalizowanych przez enzymy zależnie od nukleotydów nikotynoamidowych jest przedstawiona na przykładzie konkretnych reakcji:

    Kwas palmitynowy – organiczny związek chemiczny z grupy nasyconych kwasów tłuszczowych. Kwas ten pomiędzy atomami węgla ma tylko wiązania pojedyncze. Jest składnikiem tłuszczów roślinnych (głównie w oleju palmowym – stąd nazwa) i zwierzęcych (przykładowo łój zawiera około 28% kwasu palmitynowego).

    Dodano: 22.09.2011. 17:49  


    Najnowsze