G-белки влияют, например, на зрение, обоняние, вкус и регулирование артериального давления. Они составляют точку применения многих лекарств. «Следовательно, детальное понимание их работы – это не только вопрос академического интереса», – говорит профессор д-р Клаус Герверт, руководитель отдела биофизики. Вместе со своими коллегами, а именно с частным лектором из Бохума доктором Карстеном Коттингом и Дэниелом Манном, он опубликовал свои выводы в Biophysical Journal.
Журнал представляет эту тематику на обложке в номере, опубликованном 10 января 2017 г.
G-белки как источник болезней
GTP может связываться со всеми G-белками.
Если фермент отщепляет фосфатную группу от связанного GTP, G-белок отключается. Этот так называемый гидролиз GTP происходит в активном центре ферментов за секунды. Если процесс не удается, могут быть спровоцированы тяжелые заболевания, такие как рак, холера или редкий синдром МакКьюна-Олбрайта, который характеризуется, например, аномальным метаболизмом костей.
Магний важен для механизма переключения
Чтобы гидролиз GTP происходил, в активном центре фермента должен присутствовать атом магния. Исследовательская группа впервые наблюдала, как магний влияет на геометрию и распределение заряда в окружающей среде.
После выключения атом остается в связывающем кармане фермента. На сегодняшний день исследователи предположили, что магний покидает карман после завершения процесса выключения.
Новые результаты были собраны благодаря методике, разработанной в отделении биофизики РУБ. Это позволяет контролировать ферментативные процессы с высоким временным и пространственным разрешением в их естественном состоянии. Рассматриваемый метод представляет собой особый тип спектроскопии, а именно инфракрасную спектроскопию с преобразованием Фурье с временным разрешением.
Однако данные, измеренные с его помощью, не предоставляют никакой информации о точном местоположении в ферменте, где происходит процесс. Исследователи собирают эту информацию с помощью квантово-механического компьютерного моделирования структурных моделей. «Компьютерное моделирование имеет решающее значение для декодирования информации, скрытой в инфракрасном спектре», – объясняет Карстен Коттинг.
Компьютер, так сказать, становится микроскопом.
Как белки ускоряют процесс выключения
В текущем исследовании биофизики RUB также продемонстрировали, каким образом специализированная белковая среда влияет на ускорение гидролиза GTP. Они проанализировали роль аминокислоты лизина, которая находится в одном и том же месте во многих G-белках.
Он связывает именно ту фосфатную группу молекулы GTP, от которой отделяется фосфат, когда G-белок выключен.
«Функция лизина заключается в ускорении гидролиза GTP путем переноса отрицательных зарядов с третьей фосфатной группы на вторую фосфатную группу», – поясняет Дэниел Манн. "Это важная отправная точка для разработки лекарств для лечения рака и других тяжелых заболеваний в долгосрочной перспективе."