Биофизики сымитировали внутреннюю среду клетки светящихся бактерий

Сотрудники Института фундаментальной биологии и биотехнологии Сибирского федерального университета (СФУ), используя глицерин и сахарозу, сымитировали среду внутри клетки светящихся бактерий и провели в ней ряд ферментативных реакций. Работа поможет создавать фрагменты метаболических цепочек различной длины и изучать ферментативные реакции в условиях, приближенных к внутриклеточным. Статья с результатами исследования опубликована в Molecular Catalysis.

В клетках живого организма постоянно протекают сотни реакций с участием ферментов. Чтобы детально исследовать их, ученые стараются как можно более полно смоделировать внутриклеточную среду. Одна из интересных особенностей таких искусственных сред состоит в том, что определенные их параметры можно настраивать, чтобы узнать, как поведет себя тот или иной фермент. Также благодаря этому можно понять, насколько по-разному ферментативные реакции протекают в живой клетке и в лабораторных условиях.

Чтобы понять, как вязкость реакционной среды влияет на скорость ферментативных процессов, ученые Института фундаментальной биологии и биотехнологии СФУ создали имитацию внутриклеточной среды на основе двух органических растворителей: глицерина и сахарозы. В качестве примера ученые поместили в эту среду фрагмент биолюминесцентной метаболической цепочки.

Работа ученых состояла из трех этапов. На первом этапе биофизики создали несколько искусственных модельных систем, состоящих из глицерина и сахарозы, с разными концентрациями компонентов, но одинаковыми значениями вязкости среды. На втором этапе исследования ученые установили, как вязкость реакционной среды влияет на скорость ферментативной реакции в системе, содержащей три сопряженных (связанных вместе) фермента: лактатдегидрогеназу, НАД(Ф)Н:ФМН-оскидоредуктазу и люциферазу. На третьей стадии работы исследователи оценивали устойчивость созданной триферментной системы к воздействию температур в интервале от 15 до 80 °С.

В результате ученые установили, что сахароза эффективнее глицерина ограничивает подвижность молекул ферментов. Это может привести к изменению скорости и даже механизма реакции. Исследование показало, что необходимо глубже изучить рост стабильности ферментов в вязких средах при повышении температуры. Кроме того, ученые разработали способ конструирования цепей метаболических реакций, протекающих в клетках светящихся бактерий.

«Из-за огромного количества ферментативных реакций в живой клетке для быстрого и бесперебойного функционирования процесса метаболизма внутри нее все ферменты должны иметь высокую кооперацию (способность фермента связываться с различными веществами, субстратами, в зависимости от его расположения). Исходя из этого, чем сильнее меняется термостабильность ферментов в присутствии вязких агентов, тем выше кооперация исследуемых ферментативных систем в реальных условиях клетки и тем больше вероятность, что искусственно сконструированный фрагмент метаболической цепочки окажется родным для клетки бактерий, — объясняет один из авторов исследования Олег Сутормин. — Поэтому очень важно детально исследовать влияние вязких органических растворителей на скорость и термостабильность ферментативных реакций. Уникальность нашего исследования заключается в том, что мы используем природные вещества, глицерин и сахарозу, которые действительно содержатся в живой клетке, в отличии от краудинг-агентов, применяемых в аналогичных работах».

Понравился материал? Добавьте Indicator.Ru в «Мои источники» Яндекс.Новостей и читайте нас чаще.

Пресс-релизы о научных исследованиях, информацию о последних вышедших научных статьях и анонсы конференций, а также данные о выигранных грантах и премиях присылайте на адрес science@indicator.ru.