Phoenix-Effekt: Auferstandene Proteine ​​verdoppeln ihre natürliche Aktivität | 2020

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Anonim

Denaturierte Proteine ​​häufen sich häufig zu toxischen Aggregaten an, was der Grund für viele Krankheiten wie Alzheimer, Parkinson und Huntington ist. Daher kann die Untersuchung von Denaturierungs- und Renaturierungsmechanismen nicht überschätzt werden.

In einer neuen Studie stellten David Avnir, Professor an der Hebräischen Universität in Jerusalem, und Vladimir Vinogradov, Leiter des Internationalen Labors für Chemie fortschrittlicher Materialien und Technologien an der ITMO-Universität, fest, dass die Wiederbelebung von Proteinen nicht nur möglich ist, sondern auch können mit einer Verbesserung gegenüber ihrer ursprünglichen Aktivität durchgeführt werden. Dieses merkwürdige Phänomen ist auf eine neue Technik der Proteinrenaturierung zurückzuführen, die auf der Kombination von thermisch denaturierten Proteinen (Carboanhydrase) mit einer kolloidalen Lösung anorganischer Aluminiumoxid-Nanopartikel beruht.

Wenn sich die Lösung in ein Gel verwandelt, beginnen die Nanopartikel, sich zu verbinden und üben einen mechanischen Druck auf die Proteinmoleküle aus. Infolgedessen bleibt jedes Molekül in seiner eigenen porösen Hülle eingeschlossen, wodurch der bösartige Prozess der Proteinaggregation verhindert und schließlich die ursprüngliche räumliche Struktur wiederhergestellt wird. Nachdem die Chemiker das Aktivitätsniveau von Proteinen vor und nach der Denaturierung verglichen hatten, stellten sie fest, dass die auferstandenen Proteine ​​um 180 Prozent aktiver waren als ihre ursprünglichen Vorgänger.

"Jedes Proteinmolekül hat ein aktives Zentrum, das es dem Molekül ermöglicht, mit der Umwelt zu interagieren. Das aktive Zentrum macht jedoch nur 5 bis 10 Prozent der Moleküloberfläche aus", erklärt Wladimir Winogradow. "Während der Renaturierung haben wir es mit einem langgefalteten Molekül zu tun, das ein aktives Zentrum und mehrere sich erstreckende Schwänze enthält. Das aktive Zentrum und die Nanopartikel haben ähnliche Ladungen und werden sich abstoßen, während die Schwänze eine entgegengesetzte Ladung haben und sich in Richtung der Nanopartikel bewegen. Am Ende, wenn Um das Molekül herum bildet sich eine Hülle, deren aktives Zentrum so weit wie möglich von der Wand der Hülle entfernt ist, stattdessen wird das aktive Zentrum direkt in die Pore der Hülle gerichtet, wodurch die Wahrscheinlichkeit der Interaktion des Proteins mit dem Substrat erhöht wird . "

Forscher sagen, dass diese Technik nur mit ungefalteten denaturierten Proteinen funktioniert. Die Orientierung von nativen Proteinen in der Schale kann nicht auf die gleiche Weise gesteuert werden, da sich das aktive Zentrum überall befinden kann, einschließlich in Richtung der Wand, was die Möglichkeit einer Wechselwirkung mit dem Substrat gänzlich ausschließt.

Wie Professor David Avnir erklärt, könnte eine mögliche Anwendung der Entdeckung dazu beitragen, die Herstellung von Arzneimitteln auf der Basis aktiver Proteine ​​zu optimieren:

"Einige der wirksamsten Medikamente basieren auf aktiven Proteinen, die aus Zellkulturen gewonnen werden. Von allen so gezüchteten Proteinen sind jedoch nur 20 Prozent nativ und für die Verwendung geeignet, während die verbleibenden 80 Prozent der sogenannte Einschluss sind Körper, d. h. nicht funktionierende denaturierte Proteine: Wenn man denaturierte Proteine ​​in ihren Ursprungszustand umwandeln kann und darüber hinaus eine erhöhte Aktivität aufweist, können Pharmaunternehmen den Preis für viele Medikamente senken, um sie erschwinglicher zu machen. "