Международная группа ученых кафедры химической энзимологии Московского государственного университета (МГУ им. М.В.Ломоносова) и Дюссельдорфского университета имени Генриха Гейне, при помощи методов генной инженерии впервые в мире соединили ферменты цитохром P450 BM3 и формиатдегидрогеназу в большую активную молекулу. Супермолекула оказалась намного активнее, чем система из двух отдельных ферментов, сообщает пресс-центр МГУ.
Следует отметить, что ферменты – белковые молекулы, ускоряющие биохимические процессы в живых системах. Они значительно превосходят синтетические химические катализаторы в избирательности и эффективности. Поэтому биохимики всесторонне изучают принципы действия ферментов и активно используют их в биотехнологических процессах в медицине, фармацевтике и парфюмерии.
«Очень часто в природе и в технологических процессах необходимо использовать сразу два фермента, поэтому добавляют их смесь. Продукт реакции после действия первого фермента становится исходным веществом для процесса, проводимого вторым ферментом. Но так как для проведения реакции нужно совсем немного ферментов, то они находятся далеко друг от друга. Получается, что продукту первой реакции трудно найти в смеси второй фермент, что существенно снижает эффективность процесса», – рассказал один из авторов работы д.х.н., профессор химического факультета МГУ Владимир Тишков.
Эффективность двухстадийной реакции можно повысить, если соединить два фермента в одну конструкцию, при этом ферменты окажутся рядом, а путь от изменяемого вещества одного фермента до другого станет минимальным. Сократив путь между активными центрами ферментов, повышается каталитическая активность системы на порядок, что позволит уменьшить количество используемых ферментов. Учитывая их высокую стоимость, можно смело говорить о серьезной экономии для всего процесса.
В своей работе авторы решили использовать монооксигеназу CYP102A1 ВМ3 из группы цитохром P450 оксидаз, отвечающих за гидроксилирование многочисленных соединений в организме. Использованный фермент представляет собой большую молекулу, состоящую из 1200 аминокислот, что более чем в 3 раза превышает количество аминокислот в среднем у ферментов и значительно осложняет работу с ней.
«Наши коллеги из Дюссельдорфского университета – мировые лидеры по работе с этим ферментом. Для катализа реакции гидроксилирования с помощью P450 ВМ3 требуется восстановленная форма кофермента NADPH, стоимость которого очень высока, а наша научная группа много лет успешно работает с формиатдегидрогеназой. Этот фермент катализирует окисление формиат-иона до углекислого газа и при это переводит окисленную форму кофермента NADP+ обратно в NADPH. Поэтому совместное использование формиатдегидрогеназы и цитохрома Р450 ВМ3 очень сильно увеличивает эффективность всего процесса и значительно снижает его стоимость», – прокомментировал совместную работуВладимир Тишков.
В исследовании были изучены две возможности присоединения формиатдегидрогеназы к цитохрому: спереди и сзади. Выяснилось, что место контакта играет очень большую роль, так как напрямую влияет на ориентацию активных центров ферментов и определяет общую каталитическую активность молекулы-гибрида. Результаты показали, что по сравнению с отдельными ферментами полученная молекула работала гораздо эффективнее: скорость реакции возрастала в 5-20 раз в зависимости от окисляемого соединения.
Со слов авторов работы, исследования необходимо продолжить. Но, открытая методика позволяет соединить между собой множество различных ферментов, что представляет огромный научный и коммерческий интерес. Работа опубликована в журнале Scientific Reports.
