Ученые разработали синтетический белок, который одновременно является структурной и функциональной моделью нативного белка, редуктазы оксида азота.
Разработанный белок «обеспечивает превосходную модельную систему для изучения редуктазы оксида азота, а также для создания биокатализаторов для биотехнологических, экологических и фармацевтических приложений», - сказал профессор химии Университета Иллинойса Йи Лу, который руководил работой.
«Благодаря рациональному дизайну мы можем лучше понять нативные белки и, возможно, сделать их более эффективными, более стабильными или более функциональными», - сказал Лу.
Хотя был достигнут значительный прогресс в разработке белков, которые имитируют структуру нативных белков, цель воспроизведения как структуры, так и функции нативных белков, особенно металлосодержащих белков, называемых металлопротеинами, была недостижимой.
Исследовательская группа Лу, включающая ведущего автора Наташу Юнг и сотрудников из Университета Иллинойса и Брукхейвенской национальной лаборатории, одной из первых разработала белок, который имитирует как структуру, так и функцию металлопротеина. Исследователи описали свою работу в журнале Nature, опубликованном в сети 25 ноября.
Редуктаза оксида азота является ключевым ферментом в круговороте азота, который имеет решающее значение для жизни. Оксид азота играет ключевую роль в передаче сигналов клетками и реакциях хозяин-патоген. Поэтому изучение редуктазы оксида азота является важным шагом к пониманию этих физиологических и патологических процессов.
Однако было трудно изучить редуктазу оксида азота, так как это мембранный белок, который не растворяется в воде.
Чтобы имитировать структуру и функцию редуктазы оксида азота, исследователи начали с миоглобина, небольшого мышечного белка. Хотя миоглобин меньше по размеру, чем редуктаза оксида азота, и водорастворим, он может воспроизводить ключевые особенности нативной системы. Исследователи встроили в этот каркасный белок новый сайт связывания железа, состоящий из трех гистидинов и одного глутамата.
В дополнение к своим структурным функциям гистидины и глутамат в активном центре могут также обеспечивать два протона, необходимые для восстановления оксида азота.
«Разработанный белок моделирует как структуру, так и функцию редуктазы оксида азота и дает дополнительное представление о том, что глутамат в активном центре необходим как для связывания железа, так и для восстановительной активности», - сказал Лу. «Разработанный белок также служит отличной моделью для дальнейших механистических исследований редуктазы оксида азота».
Lu связан с университетским институтом Бекмана, факультетами биохимии, биоинженерии, материаловедения и инженерии, Лабораторией исследования материалов Фредерика Зейтца и Центром биофизики и вычислительной биологии.
Национальный институт здравоохранения профинансировал работу.