Новости химической науки > Компьютер и дизайн искусственных ферментов

Исследователи из США разработали и синтезировали искусственный фермент, начав свой синтез «с нуля» (без использования готовых белков и ферментов).

Искусственный фермент, созданный с помощью компьютерного моделирования, еще сильно уступает в активности своим природным аналогам, однако новая работа демонстрирует принципиальную возможность дизайна фермента заданной структуры для любой химической реакции.

Лин Янг (Lin Jiang) из Университета Вашингтона в Сиэтле поставил перед своей группой задачу разработки структуры фермента, катализирующего разрыв углерод-углеродных связей в соединениях, не встречающихся в природе. Они выбрали реакцию ретроальдольной конденсации– удаление боковой цепи от нафтилового альдегида.

Активный центр искусственного фермента: водородно-связывающие группы обозначены светло-зеленым, остаток лизина – оранжевым, гидрофобный пакет обозначен серой сеткой; нафтиловый альдегид (сборная модель ключевых переходных состояний) обозначен желтым. (Рисунок из Science, 2008, 319, 1387)

Механизм реакции ретроальдольной конденсации описывается 12 четкими стадиями, в результате каждой из которых образуется новый интермедиат или активированный комплекс. Некоторые типы активированных комплексов должны быть стабилизированы для протекания последующей реакции. Эта функция наряду с переносами электронов и протонов, необходимыми для протекания реакции, выполняется с помощью аминокислотных остатков и молекул воды, расположенных в активном центре фермента.

После построения общей сборной модели переходных состояний реакции исследователи смогли разработать несколько типов возможных активных центров, удовлетворяющих всем требованиям. После этого было выбрано несколько белков-«шаблонов», состоящих в среднем из 200 аминокислотных остатков, третичная структура которых формировала требуемый активный центр.

Результаты расчетов позволили остановиться на 1000 ферментов, которые, в соответствии прогнозами, должны были отличаться каталитической активностью. Было синтезировано 72 фермента, 32 из которых действительно демонстрировали каталитическую активность. Наиболее эффективный фермент способствовал 10000 увеличению скорости в сравнении с некаталитическим вариантом.

Источник: Science, 2008, 319, 1387 (doi: 10.1126/science.1152692)

метки статьи: #биохимия, #квантовая химия, #кинетика и катализ, #органическая химия, #органический синтез, #физическая химия