Споры ведутся вокруг фермента, называемого гем (или гем, как в гемоглобине), в центре которого находится атом железа (Fe), называемый “ феррил ”, который окисляется, когда реагирующий гем находится в промежуточном состоянии, называемом соединением. я. Вопрос, который десятилетиями беспокоил биологов-химиков, заключается в том, участвует ли в этом окислении только атом кислорода (O) или гидроксильная группа (OH). Разница в том, что один ион водорода или, другими словами, протон.
В научной литературе много написано об этом феррилгеме, некоторые ученые утверждают, что он несет протон, в то время как другие столь же непреклонно утверждают, что протон отсутствует. Устранение этого фундаментального несоответствия имеет значение для понимания окислительных процессов в живых клетках, что крайне важно для разработки лекарств.
Профессора Питер Муди и Эмма Рэйвен из Университета Лестера в сотрудничестве с экспертами по нейтронной кристаллографии из Института Лауэ-Ланжевена в Гренобле, Центра Майера-Лейбница (MLZ) недалеко от Мюнхена и Университета Манчестера решили загадку парома. структура гема Соединения I с использованием метода, который ранее не применялся для решения этой проблемы: нейтронная кристаллография.
«Узнать, где находятся все водороды, является ключом к пониманию того, как работают ферменты», – сказал профессор Муди. «Способность улавливать промежуточные продукты при криогенных температурах в сочетании с информацией, полученной из нейтронной кристаллографии, означает, что мы наконец можем их увидеть."
Структуры белков обычно определяют с помощью рентгеновской кристаллографии, при которой рентгеновские лучи направляются на кристаллическую форму белка, и полученная дифракционная картина может использоваться для расчета молекулярной структуры.
Хотя этот процесс в целом работает нормально, его нельзя использовать для определения местоположения атомов водорода по разным причинам. Нейтронная кристаллография белков, методика, первоначально разработанная в 1960-х годах, использует нейтроны вместо рентгеновских лучей, что устраняет эти проблемы и позволяет обнаруживать отдельные атомы водорода. Команда использовала нейтронную криокристаллографию, которая имеет дополнительную сложность, заключающуюся в использовании очень низких температур для криозахвата промежуточного фермента.
И ответ оказывается феррил-гем в Соединении I НЕ протонирован. Но неожиданно результаты показали, что одна из боковых цепей аминокислоты (гистидин) в молекуле двояко протонирована, что само по себе вызывает вопросы с точки зрения механизмов активации кислорода в гемовых ферментах.
«Точная структура феррилгема была давней и сложной проблемой для сообщества гемов», – сказал профессор Рэйвен. «Благодаря нашим сотрудникам в Гренобле и Мюнхене нам повезло, что мы получили доступ к превосходным линиям нейтронного пучка в Европе, а это означало, что мы были в отличной позиции, чтобы опробовать новые и различные подходы, которые очень хорошо работали. Эксперименты по ЭПР на монокристаллах в Манчестере были необходимы, чтобы помочь нам проверить стабильность феррильных частиц."