«Дизайнерский» белок для переноса кислорода
Анна Саблина, EternalMind.ru
Группа биохимиков из Университета Пеннсильвании (University of Pennsylvania School of Medicine) сконструировала совершенно новый по сравнению с встречающимися в природе тип белка. Его функция – транспорт кислорода, как у человеческих глобинов. Предполагается, что подобные белки могут быть использованы при создании искусственной крови.
Структура белка проста и размер его невелик по сравнению с природными белками. Исследователи подчёркивают, что естественные белки сложны и хрупки, а созданный ими – прост и надёжен. Этот белок – не переделанный природный, а совершенно новая комбинация аминокислот. Исследователи использовали самые общие элементы структуры природных белков, такие, как альфа-спирали и дисульфидные мостики, для создания принципиально нового белка, аминокислотная последовательность которого была полностью придумана учёными.
Сначала была разработана последовательность искусственной альфа-спирали, по шесть аминокислот на виток, все витки одинаковы. Для этого использовалось три типа аминокислот, расположенных по принципу AABBCC. Две из используемых аминокислот были гидрофильны (предпочитают соприкасаться с водой), одна – гидрофобна (предпочитает соприкасаться с гидрофобными молекулами), что позволило собрать четыре спирали в пучок. Наличие гидрофобного кора в этом белке важно также потому, что гем и кислород разлагаются в воде. Аминокислоты в определённых местах заменялись на гистидин для позиционирования гема (содержащая железо гетероциклическая органическая группа, необходимая для связывания молекул кислорода) и глутамат для создания напряжения, благодаря которому альфа-спирали разворачиваются для захвата кислорода. Концы спиралей соединяли дисульфидными мостиками или при помощи петли, аминокислотная последовательность которой также разработана учёными, несущей в середине остаток цистеина для образования дисульфидного мостика (см. рис.).
Первоначально, при выяснении нужной аминокислотной последовательности, исследователи использовали «синтезатор» – робот, химически соединяющий аминокислоты – для создания первых искусственных альфа-спиралей. Когда нужная последовательность была найдена, для наработки белка использовали бактерию Escherichia coli.
При связывании кислорода с гемом в составе белка раствор изменял цвет с тёмно-красного до алого, практически так же, как у нейроглобина. Характеристики связывания кислорода у искусственного белка сходны с таковыми естественных глобинов с дистальными гистидинами, за исключением того, что молекулярный кислород (O2) связывается прочнее, чем угарный газ (CO). Последний необратимо связывается с природным гемоглобином, что является причиной отравления этим газом при неполном сгорании органического топлива. Такое свойство нового белка может оказаться очень полезным при создании искусственной крови.
Источники:
Ronald L. Koder et al., Design and engineering of an O2 transport protein //Nature, Vol 458 | 19 March 2009
Karen Kreeger, Proteins by design: Penn biochemists create new protein from scratch // EurekAlert, 23-Mar-2009
Портал «Вечная молодость» www.vechnayamolodost.ru
30.03.2009