Одно семейство ферментов, литические полисахаридмонооксигеназы (LPMO), облегчает трансформацию целлюлозы. Они путь вперед.
Химики из Копенгагенского университета сделали шаг вперед в понимании того, как работают LPMO, показав, как эти ферменты связываются с целлюлозой. Это может быть невероятно важно, помимо прочего, для разработки и производства экологически безопасного биотоплива.
Кристиан Франдсен – аспирант химического факультета Копенгагенского университета. Вместе с доцентом Ло Легжио и менеджером лаборатории Йенс-Кристианом Наварро Поульсеном он является частью CESBIC, международного исследовательского консорциума, в который входят датская компания Novozymes и другие.
Сегодня исследовательская группа опубликует статью «Молекулярные основы расщепления полисахаридов литическими полисахаридными монооксигеназами» в журнале Nature Chemical Biology.
По большей части растительные отходы состоят из целлюлозы, богатого энергией полимера, состоящего из сахара (глюкозы), связанного в цепочки. Глюкоза ферментируется в спирт, который можно использовать в качестве топлива. Кристиан Франдсен, первый автор статьи, объясняет, что LPMO облегчает путь к целлюлозе для других ферментов, тем самым облегчая им окончательное расщепление целлюлозы.
Действительно, понимание механики этого процесса имеет решающее значение.
«Мы первые, кто получает снимок LPMO на первой стадии процесса пробоя, причем в не менее высоком разрешении.
В сочетании с биохимическими и спектроскопическими данными наших коллег вся команда исследователей смогла детально изучить химические механизмы. То есть, как фермент может разрушать целлюлозу на субатомном уровне."Франдсен надеется, что эта информация упростит оптимизацию производства новых и еще более эффективных ферментов. «Кроме того, благодаря проекту я смог связаться со многими международными экспертами», – говорит Франдсен.
Научный руководитель доктора философии Франдсена, доцент Ло Легжио, называет эту работу прорывом.
Хотя первые LPMO были идентифицированы в конце 1990-х годов, они сначала подозревались, что это гликозидгидролазы, тип фермента, который разрывает связи с помощью молекул воды. Позже было обнаружено, что эти ферменты используют кислород (известное как окисление).
В то же время было обнаружено, что ион меди важен для процесса.
"Мы уже довольно давно знали, как выглядят ферменты сами по себе. Эти знания были важны как функция контроля формы. Но многие в области LPMO считают понимание того, как LPMO связываются с целлюлозой, своего рода "Святым Граалем"."Без этого знания невозможно понять детали того, что контролирует реакцию.
С помощью рентгеновской кристаллографии мы теперь можем сделать несколько снимков кристаллов LPMO, пропитанных кусочками целлюлозы, что позволяет нам наблюдать детали на атомном уровне », – объясняет Ло Легжио.
Исследователи UCPH использовали рентгеновскую кристаллографию, чтобы пролить свет на взаимодействие ферментов LPMO с целлюлозой. Для этого фрагменты целлюлозы необходимо было связать в кристаллы фермента. Йенс-Кристиан Наварро Поульсен, член группы, ответственный за лабораторию кристаллизации, объясняет:
«Наша группа уже провела безуспешные попытки с другими LPMO создать кристалл, в котором была связана подложка, целлюлоза.
И мы знаем, что многие другие группы проводили аналогичные эксперименты. Поэтому это был великий момент, когда мы получили хорошие новости от Кристиана о том, что в структуре заметны фрагменты целлюлозы », – говорит Поулсен.
Важнейшие рентгеновские эксперименты проводились в лаборатории MAXlab в Лунде, Швеция, и на установке ESRF в Гренобле, Франция.
Помимо отдела химии и новозимов UCPH, компании, которая идентифицировала и произвела фермент для экспериментов, партнерами международного консорциума являются Кембриджский университет, Университет Экс-Марсель и Йоркский университет.