Первый искусственный фермент создан с двумя небиологическими группами

Ученые из Университета Гронингена превратили неферментативный белок в новый искусственный фермент, добавив два абиологических каталитических компонента: неестественную аминокислоту и каталитический медьсодержащий комплекс. Это первый случай создания фермента с использованием двух небиологических компонентов для формирования активного центра. Исследование демонстрирует, что такая синергетическая комбинация — мощный подход для достижения катализа, обычно недоступного для искусственных ферментов. Исследование опубликовано в Nature Catalysis 10 февраля.

Каталитическая группа

В 2018 году профессор биомолекулярной химии Герард Рулфес создал неферментативный белок — бактериальный фактор транскрипции LmrR, который мог формировать небиологические гидразоновые структуры после вставки неестественной аминокислоты p-аминофенилаланина. Это был первый фермент, созданный с использованием неестественной аминокислоты в качестве каталитической группы.

На этот раз Рулфес и его постдок Чжи Чжоу использовали тот же белок LmrR и добавили к нему два абиологических каталитических компонента: ту же неестественную аминокислоту p-аминофенилаланин и медьсодержащий комплекс. Оба могут активировать реагенты для классической реакции Михаэля, широко используемой в органической химии для создания углерод-углеродных связей.

Создание активного центра

Медьсодержащий комплекс присоединяется к белку LmrR, имеющему форму бублика, посредством супрамолекулярных связей. Его положение определяется взаимодействием с белком. Исходя из этого положения, ученые определили, куда в белок следует вставить p-аминофенилаланин для создания активного центра. Каталитическая часть этой аминокислоты — анилиновый боковой радикал.

Когда новый фермент был сконструирован, оказалось, что идеи Рулфеса верны: модифицированный белок стал высокоселективным катализатором для реакции Михаэля.

Перспективы

«Это было исследование для проверки концепции», — говорит Рулфес. «Фермент еще недостаточно быстр для практического использования, но с помощью стандартных методов, таких как направленная эволюция, его можно улучшить». Эксперимент показывает, что возможно создавать новые ферменты с использованием двух абиологических катализаторов. Другие типы новых каталитических ферментов могут быть созданы аналогичным образом.

До сих пор добавление неестественных аминокислот к ферментам использовалось в основном для изучения каталитических механизмов и исследования взаимосвязи структуры и функции ферментов. Однако, как отмечает Рулфес, «для меня создание ферментов, не существующих в природе, — самый захватывающий вариант».