Российские биохимики нашли два новых фермента с необычной активностью

Российские ученые охарактеризовали новые ферменты-трансаминазы, которые могут работать как в типичных для своего семейства реакциях, так и в нехарактерных для него. Результаты работы будут полезны в фундаментальном аспекте для поиска и предсказания свойств ферментов по их аминокислотной последовательности и для использования в биотехнологических процессах. Работа опубликована в Journal of Biotechnology. Исследование поддержано грантом Российского научного фонда (РНФ).

Реклама

В своей работе ученые сосредоточились на поиске новых ферментов-трансаминаз. В живой клетке трансаминазы ускоряют реакцию переноса аминогруппы -NH2 между молекулами и таким образом участвуют в метаболизме азота. Такие реакции востребованы и применяются, пока не очень часто, в биотехнологии и фармацевтике для присоединения аминогруппы к сложным молекулам. В этой работе ученых интересовали ферменты с нарушением характеристических мотивов – участков составляющей их последовательности аминокислот, которые отвечают за специфические свойства ферментов.

Исследование проводилось в два этапа. На первом этапе ученые составили выборку последовательностей трансаминаз интересующего семейства и провели множественное выравнивание последовательностей (метод сравнения большого числа аминокислотных последовательностей) и нашли аминокислотные последовательности с нарушением характеристических мотивов.

«На этом этапе основная трудность состояла в том, чтобы убедиться в правильности множественного выравнивания в интересующей нас области. С целью повышения качества выравнивания мы исключали из него последовательности, наличие которых может привести к ошибочным результатам: плохо выравнивающиеся, аномально короткие или длинные. Затем результаты выравнивания выверялись вручную», — рассказала старший научный сотрудник Института биохимии имени А.Н. Баха РАН Екатерина Безсуднова.

На втором этапе авторы работы анализировали свойства новых трансаминаз: определили активности ферментов с различными субстратами (исходными веществами реакции, которую ускоряют ферменты). Так как трансаминазы переносят аминогруппы между двумя молекулами, подходящими для них должны быть два субстрата: аминодонор и аминоакцептор. Подбор субстратов – довольно трудоемкий процесс: на практике сначала находят пару «хороших» субстратов, а затем перебирают различные доноры и акцепторы аминогруппы. По уровню активности фермента в катализируемой реакции определяют профиль так называемой субстратной специфичности фермента.

«В итоге мы обнаружили две трансаминазы, активные при повышенных температурах, 45-65 °С, которые работают не только с типичными для своего семейства субстратами, разветвленными аминокислотами, но и с первичными ароматическими аминами – важными исходными соединениями при синтезе лекарственных препаратов. Результаты работы могут быть полезны биоинформатикам для разработки методов предсказания специфичности ферментов по аминокислотной последовательности», – заключил директор Федерального исследовательского центра «Фундаментальные основы биотехнологии» РАН Владимир Попов.

Трансаминазы, активные при высоких температурах с разными субстратами, в том числе с первичными аминами, являются перспективными объектами для разработки биокатализаторов с заданными свойствами для задач тонкого органического синтеза.