2017. november 23. csütörtök
Kelemen, Klementina
Biotechnológia, molekuláris biológia és élettan az mRNS.hu-n

Az info@mrns.hu-ra küldhet linket vagy valamilyen anyagot, amit szeretne, ha hírként bemutatnánk.


Korábbi híreink  |   Keresés:

Kiválasztott hír:
Megosztás: Add az iWiW-hez Add a Facebook-hoz Add a Twitter-hez Add a Google Reader-hez Add a Startlaphoz
Nanoméretű „csipeszekkel” szabályozhatók az enzimatikus folyamatok - 2013-07-09 22:09:16 Hozzászólás írása Hozzászólások száma 0 hozzászólás 
Nanoméretű „csipeszekkel” szabályozhatók az enzimatikus folyamatok

A csipesz szót hallva az emberek többségének valószínűleg a szemöldökcsipesz, vagy a szálkák kihúzására szolgáló csipesz jut először az eszébe. A Hao Yan és kollégái által az Arizonai Állami Egyetem Biotervezési Intézetében létrehozott nanocsipeszek legnagyobb átmérője ezzel szemben mindössze 16 nanométer. Amikor ezeknek a „csipeszeknek” a pofái nyitott állásban vannak, a csipesz két karja közötti távolság egy homokszem átmérőjének harmincezred részénél is kisebb.

A kutatócsoport bemutatta, hogy a nanocsipeszek – amelyeket a DNS bázispárosodásának szabályaira alapozva építettek fel – nyitott vagy zárt állapotuktól függően képesek biomolekulákat egymástól térben elválasztani, vagy ennek fordítottjaként egymás közelében tartani, elősegítve ezzel kémiai reakciójukat. Egy kísérletsorozatban szabályozó enzimek működését tudták szoros kontroll alatt tartani a „csipeszek” zárt illetve nyitott állásának változtatásával. „Munkánk értékes ismeretekkel gyarapítja az enzimatikus folyamatokról alkotott tudásunkat, és intelligens anyagok, nanoméretű diagnosztikus eszközök, illetve értékes vegyületek újfajta gyártásmódjához vezethet el bennünket.” – nyilatkozta Yan.

A kutatásról szóló cikk a Nature Communications című folyóirat aktuális számában jelent meg. 
Az enzimek nagyméretű biomolekulák, amelyek az élethez szükséges kémiai reakciók ezreit katalizálják. Elsődleges szerepük annak a tízezernél is nagyobb számú biokémiai reakciónak az elősegítése, amelyek között ott találjuk a megevett táplálék emésztését, vagy a DNS-szintézist. A reakció meggyorsítása érdekében az enzimek lecsökkentik a folyamat aktiválási energiáját – azt a minimális energiamennyiséget, amely a kémiai reakció lezajlásához szükséges. Az enzimek helyes működése tartja fenn a sejtek homeosztázisának kényes egyensúlyát, amely létfontosságú az élő szervezetek helyes működéséhez. Amikor genetikai betegségek egyes kulcsenzimek alul-, vagy túlműködéséhez vezetnek, súlyos, adott esetben halálos betegségek is kialakulhatnak.

Az enzimeknek a biológiai rendszerekben betöltött központi szerepe miatt a kutatók kiemelt figyelemmel tanulmányozzák az enzimatikus reakciókat. Az enzimatikus reakciók sikeres lefolyásának, vagy adott esetben sikertelenségének megértése közelebb visz bennünket a enzimszabályozást befolyásoló mesterséges eszközök kifejlesztéséhez.





A baloldali ábra a csipeszt nyitott állapotban ábrázolja: a zöld színű enzim a felső karon, míg az arany színnel jelölt kofaktor az alsó karon látható. A stabilizáló szekvenciával komplementer DNS-szakasz hozzáadása („aktiváló szál”) zárja a csipeszt, és lehetővé teszi a reakciót az enzimnek és kofaktorának találkozása révén. (jobb oldali ábra) A dezaktiváló szál hozzáadása visszaállítja a csipesz nyitott szerkezetét, ezáltal megszakítja az enzimreakciót.

 

Ebben a kutatásban a szerzők egy nanoméretű eszközt hoztak létre az enzimatikus reakciók finomszabályozására A kutatók „csipesszel szabályozott nanorektornak” nevezték el az eszközt. A célszerű kialakítás elválasztja egymástól az enzimet és annak a reakció sikeres lebonyolításához szükséges kofaktorát, amelyek a csipeszszerű szerkezet két átellenes karjára kerülnek. Az enzimreakció gátolt, amikor a csipeszek nyitott állásban vannak, és csak akkor folytatódhat, ha a csipeszek záródása egymás közelébe hozza az enzimet és kofaktorát. A záródás azáltal következik be, hogy egy specifikus szekvenciájú DNS-szakasz hozzáadásával megváltoztatják a rendszer termodinamikai jellemzőit, és ezáltal a térszerkezetét is.

A jelenlegi tanulmány, szabályozó enzimek működését vizsgálja. Ezek olyan többfeladatú biológiai „kapcsolók”, amelyeknek a biokémiai folyamatok megváltoztatásában van szerepük. Ezt a funkciójukat kofaktorok megkötésével és elengedésével tudják ellátni. (A hormontermelés és a hormonális szabályozás egy jó példa a szabályozó enzimek működésére.) A kísérletsorozatban a kutatócsoport egymást követő több ciklusban is kívülről tudta serkenteni vagy gátolni az enzim működését. A szerzők kiemelik, hogy a nanoreaktor csipeszek másfajta enzimek szabályozására is felhasználhatók, és működtetésük a jövőben tovább finomodhat, előrecsatolásos és visszacsatolásos szabályozással egészülhet ki.

Az alulról felfelé („bottom up”) építkező, a DNS-t alapanyagként felhasználó szintézis azt is lehetővé teszi a biomérnököknek, hogy a létrejövő objektum térszerkezetét is meghatározzák. Yan korábban már 2-, és 3-dimenziós nanostruktúrákat épített fel ilyen módon, az egyszerű síkbeli formáktól kezdve a kupa, kosár, ketrec vagy Möbius-szalag alakzatokon át egészen egy pókszerű, önműködően járó szerkezetig. A nanocsipesznek jelenlegi formájában két 14 nanométer hosszúságú karja van, amelyeket egyik végükön egy 25 bázispárból álló egyszálú DNS-darab kapcsol össze. Az utóbbi darab egy kerti olló rugójához hasonlóan szabályozza a csipesz záródását és nyitódását. Kétféle komplementer szekvencia hozzáadásával módosítható a csipesz alakját meghatározó DNS-szakasz: a dezaktiváló szekvencia („set strand”) hozzáadása merev, kettősszálú struktúrát ad a DNS-nek, így az nyitott állapotban tartja a csipeszt, míg az aktiváló szekvencia („fuel strand”) ezt a szerkezetet megszüntetve lehetővé teszi az csipesz záródását.

A térszerkezet nanoléptékű változását kétféle módszerrel vizsgálták: Fluoreszcencia Rezonancia Energia Transzferrel (FRET) és Atomerő Mikroszkópiával (AFM). A kísérletek megállapították, hogy a rendszerben az enzimek és kofaktoraik nagy hatásfokkal kötődtek a nanocsipeszekhez és azt, hogy a nyitott és zárt szerkezet közötti váltás sikeresen indukálható. A FRET technika alkalmazása a folyamat valós idejű követését is lehetővé tette.

A kofaktort kötő szál meghosszabbítása megnövelte az enzimkötött csipesz nyitásának és zárásnak sikerességét. A vizsgálatok 5-szörös enzimaktivitási különbséget mutattak ki a csipesz nyitott és zárt állapota között. A csipeszek tartóssága is bebizonyosodott: 9 egymást követő ciklus során voltak képesek a nyitódásra és záródásra alapszerkezetük megváltozása nélkül. A folyamatot nem is a csipeszek degradációja, hanem az aktiváló és inaktiváló egyszálú DNS-es akkumulációja limitálta a rendszerben.

A jövőbeli kutatás hasonló, kívülről vezérelhető enzim nanoegységek létrehozására irányul, amelyek szelektív kémiai reakciók kivitelezésére, köztük orvosi diagnosztikai célokra is szolgálhatnak. A nanoreaktorok precíziós biokatalízis céljára, így értékes vegyületek vagy intelligens anyagok szintézisére is felhasználhatók lehetnek majd.
 
Forrás: Science Daily, Biodesign Institute, Kép


2013. július 9.

Sugár Dániel
Cikk ajánlása » email:
Hozzászólás írása
Hozzászólás
 

Értékelések száma: 5, Cikk értéke (1-10):


Értékelje ezt a cikket! 


Hirdetés
Email cím:
Jelszó:

Regisztráció »
Elfelejtett jelszó »
Portálunk oldalai megfelelnek az egészségügyi információk megbízhatóságát és hitelességét garantáló HONcode előírásainak. Ezt: itt ellenőrizheti
Portálunk oldalai megfelelnek az egészségügyi információk megbízhatóságát és hitelességét garantáló HONcode előírásainak. Ezt:
itt ellenőrizheti
.
Oldal ajánlása (email):
Az ajánlót küldi (név):
Hirdetés