Новости химической науки > Синхротрон дешифровал структуру ферментов, вызывающих кариес

Международная группа исследователей использовали рентгеновские аппараты «Diamond synchrotron» и «Photon Factory» для определения трехмерной структуры фермента, играющего ключевую роль в развитии разрушения зубов, вызванного сахаром.

Процессы разрушения зубов могут начинаться тогда, когда на зубах образуется биопленка, состоящая из обладающего хорошей адгезией полимера глюкана. Эта биопленка более известна, как «зубной налет». В глюкановой биопленке содержатся также бактерии и небольшие фрагменты пищи. Рост и размножение бактерий приводит к увеличению степени секреции ими кислоты, разрушающей эмаль зуба. Исследователи определили третичную структуру фермента «GTF-SI», глюкансукразы, ответственного за образование основного компонента зубного налета – глюкана.

Глюкансукраза катализирует образование глюкана (цепи из белых шестиугольников) из сахарозы. Затем цепи глюкана закрепляются на поверхности зубов, образуя зубной налет, который, в свою очередь, усиливает степень повреждения зуба, вызывая неприятный запах изо рта, кариес и другие заболевания полости рта. (Рисунок из Journal of Molecular Biology, 408, 2, 177)

Исследователям удалось определить не только третичную структуру самой глюкансукразы, но и структуру комплекса этого белка с его ингибитором. К настоящему времени разработано уже несколько типов ингибиторов, мешающих этому белковому катализатору участвовать в образовании глюкана, однако информации об особенностях взаимодействия этих ингибиторов с глюкансукразой до настоящего времени не была доступна.

Новая информация о структуре фермента и комплексов фермент-ингибитор может оказаться полезной для установления особенностей работы этого белкового катализатора, а также о том, как его работа может быть блокирована. Информация о структуре может оказаться полезной для разработки новых ингибиторов, предотвращающих образование глюкановой биопленки, сокращая при этом риск развития возможных побочных эффектов, например, гипогликемии. Для профилактики кариеса такие ингибиторы можно добавлять в зубные пасты или другие препараты для гигиены полости рта.

Сладкий вкус – важное благоприятное вкусовое ощущение, связанное с потреблением пищи с высоким содержанием энергии, главным образом – сахарозы – наиболее часто применяющегося в пищевых продуктах углевода, однако сахароза вызывает кариес. В соответствии со статистикой, кариес является одной из главных проблем здравоохранения в большинстве промышленно развитых стран, проблемы с кариесом обнаруживаются у 60-90% школьников и значительного большинства взрослых.

Запущенный кариес вызывает зубную боль, может приводить к потере зубов и таким заболеваниям, как пародонтоз (заболевание десен) или галитоз (несвежее дыхание), а в ряде случаев – сепсис. Разработка ингибиторов образования зубного налета позволила бы понизить риск развития кариеса и других заболеваний.

Использованный в работе рентгеновский аппарат «Diamond synchrotron» является источником интенсивного рентгеновского излучения, такая интенсивность оказывается удачной для изучения межмолекулярных взаимодействий, вовлеченных в различные биологические процессы. Современные достижения молекулярной биологии главным образом связаны с тем, что биологи получают возможность работать на установках синхротронного излучения, получивших распространенность в научном сообществе последние четверть века, и биологи быстро осознали огромный потенциал приборов, позволяющих изучать процессы, протекающие в живых организмах на молекулярном уровне. С помощью рентгеновского аппарата «Diamond synchrotron» уже были полученные о том, как происходит активация лекарства для борьбы с туберкулезом, то, как может повлиять вирус птичьего гриппа на организм человека, а также с чего начинается процесс инфицирования человека вирусом ВИЧ.

Источник: Journal of Molecular Biology, 408, 2, 177; doi:10.1016/j.jmb.2011.02.028

метки статьи: #аналитическая химия, #биохимия, #медицинская химия, #молекулярная биология, #химия полимеров