27 февраля 2020, четверг, 08:18
VK.comFacebookTwitterTelegramInstagramYouTubeЯндекс.Дзен

НОВОСТИ

СТАТЬИ

PRO SCIENCE

МЕДЛЕННОЕ ЧТЕНИЕ

ЛЕКЦИИ

АВТОРЫ

05 августа 2018, 19:30

Удивительный бактериальный фермент для биотехнологии

Структура активного центра пуриннуклеозидфосфорилазы из Bacillus cereus в комплексе с аденозином (3UAW - PDB ID)
Структура активного центра пуриннуклеозидфосфорилазы из Bacillus cereus в комплексе с аденозином (3UAW - PDB ID)

Сотрудники лаборатории дизайна и синтеза биологически активных соединений Института молекулярной биологии имени В. А. Энгельгардта РАН работают над созданием новых эффективных методов получения нуклеозидов -- важной группы природных соединений. Нуклеозиды - это молекулы, состоящие из остатков азотистого основания и сахара (рибозы или дезоксирибозы). В настоящее время в клинической практике используется ряд современных препаратов, созданных на основе модифицированных нуклеозидов, которые обладают широким спектром биологической активности: противоопухолевой (кладрибин, флударабин, пентостатин, неларабин, видаза, децитабин и др.), противовирусной (гепатит С, герпес, ВИЧ и др.- рибавирин, видарабин, зидовудин, ламивудин и др).

Для получения практически важных нуклеозидов активно разрабатываются технологии, основанные на ферментативных реакциях трансгликозилирования - переноса углеводного остатка с одного гетероциклического основания на другое. Эти реакции катализируют ферменты -- нуклеозидфосфорилазы, которые осуществляют обратимый фосфоролиз рибонуклеозидови 2′-дезоксирибонуклеозидов с образованием соответствующего гетероциклического основания и (2'-дезокси)рибозо-1-фосфата. Расширение возможностей использования ферментов для получения нуклеозидов, нуклеиновых оснований и их производных является актуальной задачей ученых.

Одно из направлений в этой деятельности - получение цитокининов, которые являются важной группой растительных гормонов и играют решающую роль в многочисленных биохимических процессах, происходящих в растениях: стимулируют клеточное деление, увеличение объема клеток, дифференцировку побегов, влияют на биосинтез пигментов, а также имеют ряд других функций. Препараты, содержащие цитокинины, пользуются большим спросом в растениеводстве. Цитокининовую пасту применяют как для комнатных цветов и растений, так и для садовых и огородных культур. Список растений очень большой. Туда входят орхидеи, фиалки, адениумы, химеры, драцены, розы, фикусы, гибискусы, глоксинии, пеларгонии, антуриумы, цитрусовые, суккуленты и многие другие растения.

К настоящему времени разработаны достаточно эффективные схемы химического синтеза цитокининов. Однако разнообразие получаемых с помощью химического синтеза соединений ограничено их устойчивостью. Ферментативный гидролиз лишен этих ограничений – он протекает в более мягких условиях.

Природные цитокинины являются производными аденина, которые имеют на аминогруппе в 6-ом положении аденина очень объемный заместитель -- изопренильный или фенильный остаток (Рис.1). Поэтому выбор фермента для их получения является нетривиальной задачей.

Рис 1. Структура природных цитокининов (iP – изопрениладенин; cZ – цис-зеатин; tZ – транс-зеатин; BAP –бензиламинопурин; mT – мета-тополин; KIN – кинетин).

Используя свой опыт и литературные данные ученые из ИМБ остановили выбор на хорошо изученном и доступном бактериальном ферменте – пуриннуклеозидфосфорилазе (ПНФ) E. coli. Этот необычный фермент кишечной палочки может катализировать фосфоролиз широкого спектра 2- и 6-замещенных производных пуринов, причем фосфоролиз N6-замещенных аденозина происходит также эффективно, как и аденозина. Он участвует в биосинтезе нуклеозидов в бактериях (Схема 1).

 

Схема 1. Обратимый фосфоролиз аденозина. Pi – неорганический фосфат

Рисунок, предваряющий эту статью, показывает структуру активного центра ПНФ из B.cereus в комплексе с аденозином, полученную с очень высоким разрешением – 1.2 Å (3UAW - PDBID). На рисунке хорошо видно, что существует большое пространство вокруг 6-ого положения пурина, которое может вмещать объемные заместители. Строение активного центра ПНФ E. сoli практически такое же.

Однако, равновесие реакции фосфоролиза, катализируемой этим ферментом, резко смещено в сторону образования нуклеозидов. Поэтому, чтобы получать цитокинины из нуклеозидов, необходимо было существенно увеличить выходы нуклеиновых оснований. Для этого был предложен простой и изящный способ – замена фосфата на соли мышьяковистой кислоты Na2HAsO4. В её присутствии гидролиз N-гликозидной связи в нуклеозиде становится необратимым. Образующийся рибозо-1-арсенат легко и быстро гидролизуется (Схема 2). Реакция протекает в водном растворе при pH 7.5 при 50оС, а конечные продукты легко кристаллизуются с высокими выходами (81-93%) из реакционной смеси после охлаждения (Vladimir E. Oslovsky, Pavel N. Solyev, Konstantin M. Polyakov, Cyril S. Alexeev and Sergey N. Mikhailov «Chemoenzygmatic synthesis of cytokinins from nucleosides: ribode as blocking group» Org. Biomol. Chem., 2018, 16, 2156 -2163).

 

Схема 2. Необратимый ферментативный арсенолиз пуриновых нуклеозидов.

Итак, эффективный метод ферментативного получения цитокининов был успешно разработан благодаря использованию бактериальной ПНФ с очень широкой субстратной специфичностью, и замены фосфата на соли мышьяковистой кислоты. Применение нового эффективного метода позволило существенно расширить доступный спектр структур, играющих роль регуляторов роста и развития растений. Работа выполнена при поддержке гранта РНФ № 16-14-00178.

Обсудите в соцсетях

«Ангара» Африка Византия Вселенная Гренландия ДНК Иерусалим КГИ Луна МГУ Марс Монголия НАСА РБК РВК РГГУ РадиоАстрон Роскосмос Роспатент Росприроднадзор Русал СМИ Сингапур Солнце Титан Юпитер акустика антибиотики античность археология архитектура астероиды астрофизика бактерии бедность библиотеки биомедицина биомеханика бионика биоразнообразие биотехнологии блогосфера вакцинация викинги вирусы воспитание вулканология гаджеты генетика география геология геофизика геохимия гравитация грибы дельфины демография демократия дети динозавры животные здоровье землетрясение змеи зоопарк зрение изобретения иммунология импорт инновации интернет инфекции ислам исламизм исследования история карикатура картография католицизм кельты кибернетика киты климатология клонирование комары комета кометы компаративистика космос культура культурология лазер лексика лженаука лингвистика льготы мамонты математика материаловедение медицина металлургия метеориты микробиология микроорганизмы мифология млекопитающие мозг моллюски музеи насекомые наука нацпроекты неандертальцы нейробиология неолит обезьяны общество онкология открытия палеолит палеонтология память папирусы паразиты перевод питание планетология погода политика право приматы природа психиатрия психоанализ психология психофизиология птицы ракета растения религиоведение рептилии робототехника рыбы сердце смертность собаки сон социология спутники старение старообрядцы стартапы статистика такси технологии тигры топливо торнадо транспорт ураган урбанистика фармакология физика физиология фольклор химия христианство цифровизация школа экология электрохимия эпидемии эпидемиология этология язык Александр Беглов Дмитрий Козак Древний Египет Западная Африка Латинская Америка НПО «Энергомаш» Нобелевская премия РКК «Энергия» Российская империя Сергиев Посад альтернативная энергетика аутизм биология бозон Хиггса вымирающие виды глобальное потепление грипп защита растений инвазивные виды информационные технологии искусственный интеллект история искусства история цивилизаций исчезающие языки квантовая физика квантовые технологии климатические изменения компьютерная безопасность компьютерные технологии космический мусор криминалистика культурная антропология междисциплинарные исследования местное самоуправление мобильные приложения научный юмор облачные технологии обучение одаренные дети педагогика персональные данные подготовка космонавтов преподавание истории продолжительность жизни происхождение человека русский язык сланцевая революция физическая антропология финансовый рынок черные дыры эволюция эмбриональное развитие этнические конфликты ядерная физика Вольное историческое общество жизнь вне Земли естественные и точные науки НПО им.Лавочкина Центр им.Хруничева История человека. История институтов дело Baring Vostok Протон-М 3D Apple Big data Dragon Facebook Google GPS IBM MERS PayPal PRO SCIENCE видео ProScience Театр SpaceX Tesla Motors Wi-Fi

Редакция

Электронная почта: polit@polit.ru
Телефон: +7 929 588 33 89
Яндекс.Метрика
Свидетельство о регистрации средства массовой информации
Эл. № 77-8425 от 1 декабря 2003 года. Выдано министерством
Российской Федерации по делам печати, телерадиовещания и
средств массовой информации. Выходит с 21 февраля 1998 года.
При любом использовании материалов веб-сайта ссылка на Полит.ру обязательна.
При перепечатке в Интернете обязательна гиперссылка polit.ru.
Все права защищены и охраняются законом.
© Полит.ру, 1998–2020.