
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

«Инопланетяне» на Земле? Древние 8-метровые «грибы» оказались совершенно неизвестной формой жизни
Вот уже 180 лет подряд живые «башни» ставят в тупик всю науку....

Скрытые миллиарды: население Земли оказалось гораздо больше, чем считалось
Новые исследования бросают вызов официальным демографическим данным....

«Шерстистый дьявол» обнаружен в пустыне, на границе Мексики и США
Ученые говорят: такой уникальной находки не было последние полвека....

Американские спецслужбы скрывают правду о самой древней из библейских реликвий?
Экстрасенс ЦРУ предупредил: Ковчег Завета убьет каждого, кто к нему прикоснется....

Похоже, что проблема космического мусора в скором времени будет решена раз и навсегда
Новая технология не только очистит космос, но и поможет спутникам работать втрое дольше....

Тайна болезней на космической станции наконец-то раскрыта!
Ученые говорят: во всем виновата… идеальная уборка на МКС....

Археологи ликуют: в Испании нашли рисунки, которые старше человечества!
200 000-летняя находка заставит пересмотреть учебники....

Ученые рассказали и показали, как выглядит Антарктида без льда
Высокие горы, глубочайшие каньоны, 58 метров до Апокалипсиса и множество других тайн....

iPhone, давай до свидания! Илон Маск презентовал инновационный смартфон PhoneX
Это устройство слишком прекрасно для нашей реальности....

Самые массовые и дикие розыгрыши на 1 апреля в мировой истории
Это вам не просто «вся спина белая»....

Кислород устарел! Ученые нашли новый ключ к внеземной жизни
Гицеанические миры могут стать новой надеждой астрофизиков....

Ученые поражены: мыши, как спасатели, оживляют своих сородичей, попавших в беду
Открытие, от которого дрогнет даже самое черствое сердце....

На 100 000 лет раньше людей: ученые рассказали, кто устроил первые похороны на планете
Загадочные карлики Homo naledi, чей мозг был размером с апельсин, оказались не глупее нас с вами....

Секретная мутация гена: оказалось, ее имеют все обитатели Марианской впадины
Поразительное открытие китайских ученых может изменить всю теорию эволюции....

10 лет за 48 часов: ИИ полностью переиграл ученых в поисках секрета супербактерий
Однако эксперты предупреждают: нейросети не только ускоряют науку, они запросто могут столкнуть нас в пропасть....

Ученый рассказал, как использовались загадочные артефакты из гробницы Тутанхамона
Это было как в фильме «Мумия»: «Фараон должен воскреснуть!»...