ХИМИКИ МЕНЯЮТ ОКИСЛИТЕЛЬНО-ВОССТАНОВИТЕЛЬНЫЕ СВОЙСТВА БЕЛКА

ХИМИКИ МЕНЯЮТ ОКИСЛИТЕЛЬНО-ВОССТАНОВИТЕЛЬНЫЕ СВОЙСТВА БЕЛКА

Некоторые белки в организме могут переносить электроны, отрывая их от субстратов или, наоборот, передавая их на субстрат. Способность белка участвовать в окислительно-восстановительных реакциях определяется их окислительно-восстановительным потенциалом, который измеряется в вольтах.

В новой работе исследователи сообщают о модификации белка, позволяющей настраивать его окислительно-восстановительный потенциал в пределах 2 Вольт – первый пример столь существенного расширения возможностей участия белка в процессах, связанных с переносом электронов.

Результаты работы позволяют говорить о том, что исследователи начинают глубже понимать соотношение структура белка – его свойства, таких знаний уже оказывается достаточно для контроля его окислительно-восстановительного поведения. Такая способность позволит оптимизировать работу ферментов-оксидоредуктаз, в особенности – катализирующих окисление связей C–H, а также получить новые окислительно-восстановительные реагенты для топливных элементов и конверторов солнечной энергии.

Исследователи изменяли металл и пять боковых цепей в природном азурине (Cu-WTAz) для получения нескольких версий мутированного белка, отличающихся разбросом значений окислительно-восстановительного потенциала. В отмеченных красным модификациях окислительно-восстановительный потенциал увеличивается; синим – понижается. (Рисунок из Proc. Natl. Acad. Sci. USA 2015, DOI: 10.1073/pnas.1515897112)

Для того, чтобы достигнуть столь значительной вариабельности окислительно-восстановительных свойств белка, Йи Лю (Yi Lu) из Университета Иллинойса (Урбана-Шампейн) с соавторами рационально подошли к изменению нескольких остатков аминокислот, окружающих металлоцентр бактериального белка азурина, а также меняли металлы в составе металлопротеина. В результате изменений были получены мутированные азурины, окислительно-восстановительные потенциалы которых могли принимать значения от +0.972 до –0.950 В.

Кофактором природного азурина (который обычно обозначается как WTAz) и отличается окислительно-восстановительным потенциалом в +0.265 В. Лю удалось сместить значение потенциала до +0.972 В, получив белок HPAz, мутированный азурин, в котором реализовано три мутации, увеличивающих гидрофобность участка, связывающегося с медью и две мутации, модифицирующие ключевые водородные связи, образуемые этим участком. Для получения потенциала –0.950 В медь заменили никелем и добавили в белок мутацию, обеспечивающую локализацию отрицательного заряда в акцептирующем металл «кармане» белка. Различные комбинации уже изученных мутаций и металлов позволили получить мутированные белки еще с пятью возможными значениями окислительно-восстановительных потенциалов.

Лю отмечает, что изменённые азурины могут использоваться в качестве водорастворимых окислительно-восстановительных агентов во многих биологических исследованиях. В настоящее время его группа пытается изменять электронные свойства других металлсодержащих белков.

Источник: Proc. Natl. Acad. Sci. USA 2015, DOI: 10.1073/pnas.1515897112