Wetenschappers van Yale hebben een nieuwe benadering gekozen om de complexe structuur en regulatie van enzymen te ontrafelen:ze hebben het gegoogeld.

In een nieuwe studie die deze week online is gepubliceerd in de Proceedings van de National Academy of Sciences , scheikundeprofessor Victor Batista en zijn collega's gebruikten het Google-algoritme PageRank om de belangrijkste aminozuren te identificeren in de regulatie van een bacterieel enzym dat essentieel is voor de meeste micro-organismen.

Enzymen zijn biomoleculen met het unieke vermogen om chemische reacties te versnellen die nodig zijn voor het leven. Hoewel deze chemische reacties normaal gesproken plaatsvinden in een klein deel van het enzym - bekend als de actieve plaats - wordt de versnelling van de reactie meestal gereguleerd door de binding van een molecuul in een ander deel van het enzym. De bindingspositie staat bekend als de allosterische plaats.

Ondanks tientallen jaren van studie, het is nog steeds slecht begrepen hoe informatie wordt overgedragen van de allosterische site naar de actieve site. Veel van de moeilijkheid heeft te maken met het grote aantal betrokken atomen en de grote structurele flexibiliteit van enzymen.

Het Yale-team merkte op dat een soortgelijke vraag jaren eerder was behandeld op het gebied van informatica. Onderzoekers van Google hadden de informatiestroom op internet bestudeerd, PageRank gebruiken om het belang van elke webpagina aan te geven in termen van het aantal en de kwaliteit van links naar andere internetsites.

"Dit probleem is volledig analoog aan de uitwisseling van informatie tussen verre sites die allosterisme kenmerkt, " zei Uriel Morzan, een postdoctoraal medewerker in het laboratorium van Batista en co-eerste auteur van de studie. "Door uit te zoeken hoe de informatiestroom door elk atoom verandert met de binding van een allosterische activator aan het enzym, het is mogelijk om de informatiekanalen te vinden die worden geactiveerd."

De onderzoekers van Yale identificeerden belangrijke aminozuren voor het allosterische proces in imidazoolglycerolfosfaatsynthase (IGPS), een bacterieel enzym dat in de meeste micro-organismen wordt aangetroffen.

Het onderzoek maakt de weg vrij voor aanvullende experimenten met betrekking tot IGPS-activiteit die kunnen leiden tot de ontwikkeling van nieuwe antibiotica, pesticiden, en herbiciden.

"Het is opwindend dat datawetenschapsmethoden doorsijpelen in het veld van de theoretische chemie, het bieden van nieuwe hulpmiddelen voor het begrijpen van fundamentele aspecten van katalytische moleculaire systemen in combinatie met ultramoderne moleculaire dynamische simulaties en nucleaire magnetische resonantie (NMR) spectroscopie, " zei Batista, die ook lid is van het Energy Sciences Institute op de West Campus van Yale.

Co-auteur J. Patrick Loria, een Yale hoogleraar scheikunde en moleculaire biofysica en biochemie, toegevoegd:"Het is de synergetische combinatie van experimentele NMR en computerhulpmiddelen die dit diepere inzicht in de biologische functie mogelijk maakt en het belang van samenwerking tussen theoretici en experimentatoren aantoont."