Chemici van de Universiteit van Umeå zijn erin geslaagd structuren en functies van een voorbijgaande enzymtoestand in kaart te brengen. Door het enzym adenylaatkinase te modificeren, onderzoekers konden het molecuul isoleren en bestuderen met behulp van de kwantitatieve technieken röntgenkristallografie en nucleaire magnetische resonantie (NMR) spectroscopie. De resultaten zijn gepubliceerd in het tijdschrift PNAS .

"We zijn nu een stap dichter bij een algemeen begrip van hoe enzymen werken. Dit is van vitaal belang voor toekomstige ontwerpen van nieuwe enzymen in biotechnologische toepassingen, " zegt Magnus Wolf-Watz, universitair hoofddocent bij de afdeling Scheikunde aan de Universiteit van Umeå.

Het biologische leven is afhankelijk van een groot aantal cellulaire, chemische reacties die vaak extreem langzaam zijn en maanden of jaren in beslag kunnen nemen. Om chemische en biologische tijdschalen te matchen, chemische reacties worden versneld in cellen met het gebruik van enzymen als efficiënte biokatalysatoren.

In het laatste decennium van onderzoek is duidelijk gemaakt dat enzymstructuren die slechts kort en tijdelijk bestaan, volledig essentieel kunnen zijn voor de katalytische functie. Tot dusver, het was niet mogelijk om deze toestanden in detail te bestuderen vanwege het simpele feit dat ze onzichtbaar zijn voor traditionele spectroscopische technieken. Nutsvoorzieningen, onderzoekers van de afdeling Scheikunde van de Universiteit van Umeå in Zweden zijn erin geslaagd een voorbijgaande toestand vast te leggen die centraal staat in de functie in het essentiële enzym adenylaatkinase. De korte termijn toestand was mogelijk te verrijken door twee aminozuren in het enzym uit te wisselen met het reactieve aminozuur cysteïne.

"Het is de eerste keer dat iemand erin is geslaagd om een ​​voorbijgaande enzymtoestand direct te bestuderen met behulp van spectroscopische en kwantitatieve technieken. Met het gebruik van onze methoden, we waren in staat om zowel de structuur als de functie van het enzym in de specifieke voorbijgaande fase in detail te beschrijven, " zegt Magnus Wolf-Watz, die het onderzoek leidde samen met postdoc Michael Kovermann, die nu een groepsleiding heeft aan de universiteit van Konstanz in Duitsland.

De resultaten gaven aan dat de functie in één enzym volledig afhankelijk is van zijn inherente dynamiek, en zonder dynamiek zou het enzym onbruikbaar worden. Verder, het bleek dat de transiënte toestand zijn substraatmoleculen veel sterker bond dan de natuurlijke eiwitten. De resultaten gaven ons verdere aanwijzingen over hoe enzymen reacties kunnen versnellen met zo'n ongelooflijke specificiteit en werkzaamheid. De hele tijd, de methode die we hebben ontwikkeld, kan over het algemeen nuttig zijn in studies van andere enzymen."

Het NMR-team van Magnus Wolf Watz heeft aan het onderzoek samengewerkt met de röntgenkristallografen Uwe H. Sauer en Elisabeth Sauer-Eriksson.

"We hebben een langdurige en zeer productieve samenwerking gehad. Dit is een goed voorbeeld van hoe belangrijk de samenwerkingssfeer op Umeå University is, en hoe we het in de toekomst moeten koesteren en verder ontwikkelen, ", zegt Magnus Wolf-Watz.