Mjukt yttre hjälper enzymer att klara kyla

Många organismer klarar sig utmärkt i mycket kall miljö - trots att kroppens enzymer behöver värme för att arbeta snabbt. Forskare från Uppsala och Tromsö visar i en ny studie att dessa organismer har enzymer med mjukare yta - en upptäckt som kan bli mycket användbar vid design av nya proteiner för industriella ändamål.

I naturen frodas många organismer, allt ifrån bakterier till fiskar som lever i arktiska klimat, i kalla miljöer. För att överleva måste deras enzymer (proteinmolekyler) klara sig från att stelna och frysa och samtidigt bevara sin förmåga att katalysera biokemiska reaktioner med hög hastighet. De flesta kemiska reaktioner går betydligt långsammare när det blir kallt, reaktionshastigheterna avtar nämligen exponentiellt med sjunkande temperatur. Hur fungerar då köldanpassade enzymer?

Genom att använda stora datorsimuleringar har forskare vid Uppsala universitet och universitetet i Tromsö jämfört samma enzym (citratsyntas) från antarktiska bakterier, från gris samt från en mikroorganism som lever i mycket varma vulkaniska miljöer.

- Tack vare att enzymernas tredimensionella atomstrukturer är kända har vi lyckats simulera deras kemiska reaktioner i datorn vid en rad olika temperaturer, säger professor Johan Åqvist.

Dessa beräkningar är mycket tidskrävande och har möjliggjorts bl.a. genom universitetets datorcentrum UPPMAX. Resultaten visar att köldanpassade enzymer skiljer sig markant från normala och "varma" enzymer när det gäller vad som begränsar reaktionshastigheten. Inom termodynamiken talar man om entalpi och entropi, vilket betyder ungefär energi respektive oordning och det är i balansen mellan dessa två storheter som skillnaderna visar sig. Medan både kalla och varma enzymer har en relativt stel inre "kärna" där den kemiska reaktionen sker, är det köldanpassade enzymet mjukare utanför denna kärna. Detta ger en typ av termodynamisk balans som inte leder till lika stark dämpning av reaktionshastigheten vid låg temperatur.

- Den mjukare utsidan i köldanpassade enzymer förklarar också varför de både smälter och fryser vid lägre temperaturer jämfört med normala enzymer. Denna kunskap kan vara användbar vid design av nya enzymer för industriella tillämpningar, ett snabbt växande forskningsområde, säger Johan Åqvist.

Läs artikeln på: http://pubs.acs.org/cgi-bin/abstract.cgi/bichaw/asap/abs/bi801177k.html

För mer information, kontakta Johan Åqvist på 070-425 04 04, eller johan.aqvist@icm.uu.se