Ученые сумели удалить ион железа, скоординированный в молекуле миоглобина, и заменить его на благородный иридий. Искусственный белок оказался способен катализировать реакцию, для которой неизвестно ни одного природного фермента. Об этом сообщает статья, опубликованная журналом Nature.

Небольшой белок миоглобин обеспечивает перенос кислорода в сердце и скелетных мышцах. Как и у гемоглобина крови, связывание кислорода происходит в активном сайте белка – азотсодержащей порфириновой структуре с атомом железа в центре. Это весьма универсальная конструкция, в различных вариациях металлсодержащие порфирины входят в состав молекул, выполняющих множество разнообразных функций.

Эту способность пытаются использовать и для получения эффективных промышленных катализаторов. Некоторые ученые работают над модификациями белковой части таких молекул, другие пытаются выделять и использовать отдельно порфириновые пигменты. Химики из группы профессора Университета Беркли Джона Хартвига (John Hartwig) пошли третьим путем, внося изменения в исходный природный металлопротеиновый комплекс фермента.

Авторам удалось модифицировать гены миоглобина кашалотов, а также цитохрома, другого порфиринсодержащего белка, бактерий Bacillus megaterium. После внесения таких генов в клетки кишечной палочки и культивирования их на обедненной железом среде ученые смогли выделить белковые комплексы, не содержащие порфиринметаллического кофактора: их производство было на порядок выше, чем «побочный» выход белков естественной формы. Это дало им гибкую «платформу» для конструирования ферментов, и химики добавляли к ним множество различных порфиринов с разными металлами, получив десятки потенциально полезных и не существующих в природе биокатализаторов.

John Hartwig Group/Berkeley Lab and UC Berkeley

Одним из наиболее перспективных авторы называют искусственный белок на основе миоглобина, содержащего атом иридия – благородного металла, который не используется живыми организмами. Они показали, что такой фермент способен катализировать превращение С-Н связей в С-С за счет вставки двухвалентного углерода. Ученым удалось даже получить две формы белка, катализирующие синтез различных энантиомеров конечных хиральных продуктов.

Создание разнообразных биокатализаторов на основе природных ферментов может привести к настоящему прорыву в химической промышленности. Способные работать при нормальной температуре и рН, высокоселективные, они сделают многие промышленно важные химические превращения дешевле, эффективнее и безопаснее для окружающей среды.

Автор: Роман Фишман