Фермент-оборотень, который меняет свою личину в зависимости от соли
Лечебная пиявка (Hirudo medicinalis) — древний метод лечения различных заболеваний, который до сих пор используется в современной медицине. Одна из причин ее эффективности — это способность пиявки предотвращать свертывание крови у своей жертвы. За это отвечает особый фермент, который пиявка выделяет вместе со слюной — дестабилаза. Этот фермент обладает двумя разными свойствами: он может разрушать клеточные стенки микробов и растворять стабилизированный фибрин — белок, который участвует в образовании тромбов. Дестабилаза может быть полезна для разработки новых лекарств от тромбоза и других заболеваний крови.
Но как дестабилаза осуществляет эти две активности на молекулярном уровне? И как она реагирует на разные условия среды? Эти вопросы долгое время оставались без ответа. Недавно группа ученых из России провела подробное исследование структуры и свойств дестабилазы с помощью рентгеноструктурного анализа и компьютерного моделирования. Они сделали несколько удивительных открытий, которые расширили наше понимание этого уникального фермента.
Для того чтобы изучить структуру и свойства дестабилазы, ученые вырастили кристаллы этого фермента в лаборатории. Кристаллы белков позволяют увидеть их трехмерную форму с помощью рентгеновских лучей. Анализируя углы и интенсивность отраженных лучей, можно восстановить структуру белка.
Ученые получили две структуры дестабилазы: одну в отсутствие натрия в растворе, а другую в присутствии натрия. Натрий — это элемент, который содержится в крови животных и человека и в обыкновенной поваренной соли. Оказалось, что дестабилаза меняет свою форму в зависимости от концентрации натрия. Когда натрия мало, дестабилаза имеет одну форму, а когда натрия много — другую.
Это объясняет, почему дестабилаза имеет две разные активности: разрушение клеточных стенок микробов (мурамидазная активность) и растворение фибрина (изопептидазная активность). Обе эти активности происходят в одном и том же месте на молекуле дестабилазы — активном центре. Активный центр — это часть белка, которая связывается с другими молекулами и участвует в химических реакциях. В активном центре дестабилазы есть две аминокислоты — глутаминовая кислота и аспарагиновая кислота. Аминокислоты — это строительные блоки белков.
Когда натрия мало, эти две аминокислоты связываются с молекулами воды и образуют активный центр для мурамидазной активности. Мурамидазная активность означает, что дестабилаза может разрезать связь между двумя сахарами — N-ацетилглюкозамином и N-ацетилмураминовой кислотой. Эти два сахара составляют клеточные стенки микробов. Разрушая эту связь, дестабилаза уничтожает клеточные стенки микробов и защищает пиявку от инфекций.
Когда натрия много, эти две аминокислоты связываются с ионом натрия и образуют активный центр для изопептидазной активности. Изопептидазная активность означает, что дестабилаза может разрезать связь между двумя аминокислотами — глутамином и лизином. Эти две аминокислоты составляют фибрин — белок, который участвует в свертывании крови и образовании тромбов. Разрушая эту связь, дестабилаза растворяет фибрин и предотвращает закупорку сосудов.
Ученые также предложили новую гипотезу о том, какие аминокислоты в составе дестабилазы отвечают за изопептидазную активность. Раньше считалось, что за эту активность отвечают аминокислоты серин и лизин. Но ученые показали, что более вероятно, что за эту активность отвечает аминокислота гистидин. Гистидин — это аминокислота, которая может действовать как кислота или как основание в зависимости от рН среды. Ученые рассчитали рН активного центра дестабилазы и показали, что гистидин может принимать протон от воды и передавать его на связь между глутамином и лизином, разрывая ее.
Информация о результатах исследования была опубликована в журнале Scientific Reports. Авторами исследования являются ученые из Московского физико-технического института, Института кристаллографии им. А. В. Шубникова РАН, Института биоорганической химии им. М. М. Шемякина и Ю. А. Овчинникова РАН, Института биологии развития им. Н. К. Кольцова РАН и Московского государственного университета им. М. В. Ломоносова.
Это исследование помогает лучше понять механизм действия дестабилазы. Дестабилаза может быть полезна для разработки новых лекарств от тромбообразования и других заболеваний крови. Тромбообразование — образование кровяных сгустков в сосудах, которые могут привести к инфаркту, инсульту или гангрене. Существующие лекарства от тромбообразования имеют ряд недостатков, таких как высокая токсичность, аллергические реакции и нежелательные побочные эффекты. Дестабилаза же имеет высокую специфичность к фибрину и не влияет на другие белки крови. Кроме того, дестабилаза имеет антимикробную активность, которая может защитить организм от инфекций.
Несколько исследований показали, что дестабилаза эффективна в лечении экспериментального тромбообразования у животных. Также были получены рекомбинантные формы дестабилазы с помощью генной инженерии. Это позволяет получать большое количество чистого фермента для клинических испытаний. В настоящее время ведутся работы по созданию лекарственных форм дестабилазы, таких, как таблетки, инъекции или пластыри.
Но как дестабилаза осуществляет эти две активности на молекулярном уровне? И как она реагирует на разные условия среды? Эти вопросы долгое время оставались без ответа. Недавно группа ученых из России провела подробное исследование структуры и свойств дестабилазы с помощью рентгеноструктурного анализа и компьютерного моделирования. Они сделали несколько удивительных открытий, которые расширили наше понимание этого уникального фермента.
Для того чтобы изучить структуру и свойства дестабилазы, ученые вырастили кристаллы этого фермента в лаборатории. Кристаллы белков позволяют увидеть их трехмерную форму с помощью рентгеновских лучей. Анализируя углы и интенсивность отраженных лучей, можно восстановить структуру белка.
Ученые получили две структуры дестабилазы: одну в отсутствие натрия в растворе, а другую в присутствии натрия. Натрий — это элемент, который содержится в крови животных и человека и в обыкновенной поваренной соли. Оказалось, что дестабилаза меняет свою форму в зависимости от концентрации натрия. Когда натрия мало, дестабилаза имеет одну форму, а когда натрия много — другую.
Это объясняет, почему дестабилаза имеет две разные активности: разрушение клеточных стенок микробов (мурамидазная активность) и растворение фибрина (изопептидазная активность). Обе эти активности происходят в одном и том же месте на молекуле дестабилазы — активном центре. Активный центр — это часть белка, которая связывается с другими молекулами и участвует в химических реакциях. В активном центре дестабилазы есть две аминокислоты — глутаминовая кислота и аспарагиновая кислота. Аминокислоты — это строительные блоки белков.
Когда натрия мало, эти две аминокислоты связываются с молекулами воды и образуют активный центр для мурамидазной активности. Мурамидазная активность означает, что дестабилаза может разрезать связь между двумя сахарами — N-ацетилглюкозамином и N-ацетилмураминовой кислотой. Эти два сахара составляют клеточные стенки микробов. Разрушая эту связь, дестабилаза уничтожает клеточные стенки микробов и защищает пиявку от инфекций.
Когда натрия много, эти две аминокислоты связываются с ионом натрия и образуют активный центр для изопептидазной активности. Изопептидазная активность означает, что дестабилаза может разрезать связь между двумя аминокислотами — глутамином и лизином. Эти две аминокислоты составляют фибрин — белок, который участвует в свертывании крови и образовании тромбов. Разрушая эту связь, дестабилаза растворяет фибрин и предотвращает закупорку сосудов.
Ученые также предложили новую гипотезу о том, какие аминокислоты в составе дестабилазы отвечают за изопептидазную активность. Раньше считалось, что за эту активность отвечают аминокислоты серин и лизин. Но ученые показали, что более вероятно, что за эту активность отвечает аминокислота гистидин. Гистидин — это аминокислота, которая может действовать как кислота или как основание в зависимости от рН среды. Ученые рассчитали рН активного центра дестабилазы и показали, что гистидин может принимать протон от воды и передавать его на связь между глутамином и лизином, разрывая ее.
Информация о результатах исследования была опубликована в журнале Scientific Reports. Авторами исследования являются ученые из Московского физико-технического института, Института кристаллографии им. А. В. Шубникова РАН, Института биоорганической химии им. М. М. Шемякина и Ю. А. Овчинникова РАН, Института биологии развития им. Н. К. Кольцова РАН и Московского государственного университета им. М. В. Ломоносова.
Это исследование помогает лучше понять механизм действия дестабилазы. Дестабилаза может быть полезна для разработки новых лекарств от тромбообразования и других заболеваний крови. Тромбообразование — образование кровяных сгустков в сосудах, которые могут привести к инфаркту, инсульту или гангрене. Существующие лекарства от тромбообразования имеют ряд недостатков, таких как высокая токсичность, аллергические реакции и нежелательные побочные эффекты. Дестабилаза же имеет высокую специфичность к фибрину и не влияет на другие белки крови. Кроме того, дестабилаза имеет антимикробную активность, которая может защитить организм от инфекций.
Несколько исследований показали, что дестабилаза эффективна в лечении экспериментального тромбообразования у животных. Также были получены рекомбинантные формы дестабилазы с помощью генной инженерии. Это позволяет получать большое количество чистого фермента для клинических испытаний. В настоящее время ведутся работы по созданию лекарственных форм дестабилазы, таких, как таблетки, инъекции или пластыри.
Наши новостные каналы
Подписывайтесь и будьте в курсе свежих новостей и важнейших событиях дня.
Рекомендуем для вас
Раскрыта главная тайна антарктического льда: ученые узнали, как и кем была взломана природная защита Шестого континента
Похоже, той Антарктиде, которую мы знаем, приходит конец. Впрочем, это не точно...
Древнеримский артефакт переписывает историю Америки: Колумб был не первым?
Почему находка из индейской могилы почти 100 лет вызывает ожесточенные споры среди археологов и историков?...
Тайна гибели сибирского «Титаника»: почему некоторые детали катастрофы 1921 года неизвестны даже сейчас?
Поразительно, но тогда судьи единогласно оправдали капитана парохода. Так кто же тогда был виновником этого страшного происшествия?...
Японец 26 лет ждал, пока раскроют убийство его жены. Часть 2. Расплата
Как наука отменила срок давности у преступления? И какая тайна осталась не раскрытой?...
Еще раз об убийстве Андрея Боголюбского: что рассказали кости погибшего князя?
Профессор судебной медицины поправил историков и выявил неточности древних летописей...
Японец 26 лет ждал, пока раскроют убийство его жены
Как новейшие технологии помогли сдвинуть с места нераскрываемое дело...
Главный секрет человеческого дыхания: ученые рассказали, почему мы дышим «вахтовым методом»
Эксперты предупреждают: из-за особенности организма многие люди не смогут попасть в космос. Но решение все-таки есть...
Жители Анд переписали свою ДНК: почему горные индейцы пьют ядовитую воду, но чувствуют себя при этом хорошо?
По словам ученых, эволюция сделала красивый и хитрый ход. И это не иммунитет к токсинам, а нечто другое, более интересное...
43 000 черепков открыли тысячелетние тайны Древнего Египта
Почему глиняная библиотека Атрибиса потрясла весь археологический мир?...
Почему эти меры не спасут Антарктиду: пять проектов по спасению ледников оказались провалом
Эксперт жестко проанализировал самые популярные программы по сохранению льда на Шестом континенте. Увы, они оказались невыполнимой фантастикой, причем опасно...
Ядерный взрыв на Луне: для чего советские ученые хотели провести такой грандиозный эксперимент?
Зачем России атомный реактор на Луне и как он поможет нам добраться до Венеры?...