Ферменты, участвующие в разрушении жиров, будут работать в три раза усерднее, если воспользоваться молекулярным «переключателем», недавно открытым датскими химиками. Возможность управлять этой химический «кнопкой» может оказать огромное влияние на методы лечения болезней, связанных с ожирением, включая диабет, сердечно-сосудистые заболевания, инсульт и даже проблемы с кожей, такие как акне. Но перспективы использования результатов этого исследования могут оказаться и гораздо шире.

Профессор Димитриос Стаму (Dimitrios Stamou).
(Фото: news.ku.dk)

Полученные в ходе экспериментов данные свидетельствуют о том, что такой переключатель может быть у многих других ферментов. Ферменты контролируют огромное разнообразие клеточных функций, и, если подобные переключатели являются стандартными, открытие датских ученых вполне может оказаться одним из важнейших открытий в энзимологии.

«Если окажется, что многие ферменты включаются так же, как и изученные нами, откроются двери к пониманию и, возможно, излечению широкого спектра заболеваний», – считает профессор Димитриос Стаму (Dimitrios Stamou), возглавляющий многопрофильную группу ученых Центра нанотехнологий и химического факультета Университета Копенгагена (University of Copenhagen).

Статью о результатах своей работы исследователи опубликовали в научном журнале Journal of the American Chemical Society.

Открытие молекулярного «ключа зажигания» противоречит сегодняшним представлениям о том, как клетки контролируют функцию ферментов, в частности, расщепляющих жиры липаз, использованных в данном исследовании.

Принято думать, что эти ферменты работают хотя и с разной степенью эффективности, но непрерывно. Однако на самом деле они довольно ленивы и напоминают строительных рабочих – трудятся с определенной интенсивностью какой-то период времени (в течение «рабочих» часов), а потом отдыхают. И это хорошая новость для энзимологов.

Перевод только что найденного переключателя в другое положение приводит к утроению количества рабочих часов липаз – с 15 до 45 процентов.

Функция фермента определяется формой его молекулы. Поэтому, для того чтобы сделать его более эффективным, требуется коренная модификация – в некоторых случаях настолько же сложная, как если бы из ножовки нужно было сделать бензопилу.

Фундаментально изменить форму инструмента – будь то пила или фермент – всегда трудно. Гораздо проще дольше работать тем же инструментом. Это и удалось сделать датским ученым: они увеличили молекулам «продолжительность рабочего дня».

На первый взгляд, обнаружить, что у ферментов есть «переключатели», может показаться несложной задачей, но сначала ученые должны были найти способ изучения отдельных молекул этих белков. Молекулы ферментов настолько малы, что в капле воды могут поместиться триллионы этих «карликов». Поэтому изучение работы отдельно взятой молекулы фермента можно по сложности приравнять к наблюдению за отдельным ударом молотка плотника в доме в Копенгагене, если смотреть на трудолюбивого датчанина с Луны.

Для своего исследования в качестве модельной системы ученые выбрали расщепляющий жиры фермент липазу и жир, излучающий свет каждый раз, когда фермент «откусывает» от него кусочек. Этот метод позволил им наблюдать каждый отдельно взятый каталитический цикл. Чтобы приблизить картину к реальности, ферменты были помещены на искусственную клеточную мембрану.

«Теперь, когда мы поняли, как включать и выключать ферменты, мы можем использовать эти знания как для лечения болезней, так и для разработки новых ферментов для применения в промышленности», – заключает профессор Стаму.

Аннотация к статье

Single Enzyme Studies Reveal the Existence of Discrete Functional States for Monomeric Enzymes and How They Are “Selected” upon Allosteric Regulation