Wetenschappers die gespecialiseerd zijn in het bestuderen van de atoom-voor-atoom-choreografie van enzymen, hebben nieuwe inzichten onthuld in de functie van isopenicilline N-synthase, een enzym dat nodig is om enkele van 's werelds meest kritische antibiotica te produceren.

Het team van wetenschappers van de Universiteit van Oxford, Diamond Light Source en Berkeley Lab gebruikten een combinatie van röntgenmethoden om een ​​actie-storyboard te genereren dat laat zien hoe isopenicilline N-synthase een lineair voorlopermolecuul omvormt tot een kenmerkend molecuul met dubbele ringen. Dit molecuul met twee ringen is de structurele startsjabloon voor een grote klasse van complexe moleculen met antibiotische eigenschappen die bekend staan ​​als bètalactams.

"Penicilline is een van de eerste antibiotica die is ontdekt en wordt nog steeds veel gebruikt, maar het biologische proces dat verantwoordelijk is voor de vorming van penicilline en verwante cefalosporine-antibiotica is niet volledig begrepen, zei Jan Kern, een stafwetenschapper van Berkeley Lab en een van de hoofdauteurs van de nieuwe studie. "We hebben onze 'moleculaire film'-benadering gebruikt om snapshots te maken van het enzym terwijl het reageert met zijn substraat en moleculaire zuurstof, en we zijn nu in staat om de eerste stappen in deze ringsluitingsreactie beter te begrijpen."

Volgens Kern, de nieuwe details zullen wetenschappers helpen isopenicilline N-synthase te wijzigen om andere nieuwe antibiotica te synthetiseren en hebben ook implicaties voor het begrijpen van het reactiemechanisme van een grotere groep verwante enzymen, inclusief die welke betrokken zijn bij DNA/RNA-herstel en de reactie van menselijk weefsel op een laag zuurstofgehalte.

De aanpak van het team combineert röntgenkristallografische en röntgenspectroscopische gegevens om de beweging van specifieke atomen op verschillende tijdstippen in een reactie te onderzoeken. In het geval van isopenicilline N-synthase, de wetenschappers bestudeerden hoe een ijzeratoom in de actieve plaats van het enzym interageert met moleculaire zuurstof (O ₂ ) om de ringvormende reactie te katalyseren. De gegevens zijn verzameld bij Diamond Light Source, in het Verenigd Koninkrijk; de Sub Angstrom Compact Light Source in Japan en de Linac Coherent Light Source (LCLS) bij SLAC National Accelerator Laboratory.

De studie is gepubliceerd in wetenschappelijke vooruitgang .