Enzymen - biokatalysatoren gemaakt van eiwitten - zijn enorm belangrijke moleculen die de reacties en processen in levende organismen katalyseren. Voortdurend werk om hun structuren en reactiemechanismen te begrijpen is daarom van vitaal belang om onze kennis te verbreden en bij te dragen aan wetenschappelijke en medische vooruitgang.

Röntgenkristallografie - waarbij eiwitkristallen worden blootgesteld aan een röntgenstraal, wat resulteert in specifieke diffractiepatronen die kunnen worden geanalyseerd, is de meest gebruikte techniek voor het bepalen van de structuur van eiwitten. Gegevensverzameling in röntgenkristallografie omvat meestal het plaatsen van kristallen onder een cryogene gasstroom bij 100 K; echter, de cryogene omstandigheden laten over het algemeen geen thermodynamische analyse van de conformationele veranderingen in de eiwitkristallen toe. Nutsvoorzieningen, onderzoekers van de Universiteit van Osaka, Osaka Medisch College, Japan Synchrotron Radiation Research Institute (JASRI), en RIKEN hebben de details gerapporteerd van structurele veranderingen tijdens de katalytische reactie van een koperamineoxidase met behulp van een niet-cryogene techniek. Hun bevindingen werden gepubliceerd in PNAS .

De studie maakte gebruik van een "humid air and glue-coating (HAG)"-methode ontwikkeld door JASRI in de synchrotron-faciliteit SPring-8. In plaats van cryogene koeling, de niet-bevroren eiwitkristallen werden gecoat met een in water oplosbaar polymeer en onder een stroom vochtig stikstofgas geplaatst met een nauwkeurig gecontroleerde temperatuur. Hierdoor bleef het bijna kale kristal stabiel genoeg voor het team om het evenwicht tussen de structureel verschillende conformaties van de redox-cofactor (een essentieel onderdeel van de katalytische reactie) bij een bepaalde temperatuur te beoordelen.

"Als resultaat van de nauwkeurige temperatuurregeling die we konden bereiken, we demonstreerden de eerste succesvolle in kristallo thermodynamische analyse van het werkende enzym, " zegt studie corresponderende auteur Toshihide Okajima. "Thermodynamische analyses op basis van kristalmetingen geven een betere weergave van de structurele veranderingen dan gegevens verkregen uit oplossingsstudies, en zijn daarom waardevoller voor ons begrip."

In aanvulling, de verkregen thermodynamische parameters vertoonden een gedrag dat vergelijkbaar was met dat in cytosol in cellen. Daarom wordt aangenomen dat de HAG-condities een bruikbaar model kunnen zijn voor fysiologische condities. Er zijn verschillende andere kristallografische technieken beschreven voor gebruik bij omgevingstemperatuur; echter, ze vereisen gespecialiseerde röntgenvrije lasers.

"Door de temperatuurgecontroleerde HAG-methode te gebruiken, we hebben aangetoond dat het mogelijk is om conformationele informatie te verkrijgen met behulp van een standaard röntgenstraal, " legt Okajima uit. "We hopen dat de toegankelijkheid van de techniek en de mogelijkheden voor het verstrekken van thermodynamische informatie het een belangrijke aanvulling zullen maken op de huidige kristallografische benaderingen."