Новости химической науки > Найдено тайное оружие «кариозных монстров»

Исследователи из Голландии Бауке Дийкстра (Bauke Dijkstra) и Любберт Дийкхуйзен (Lubbert Dijkhuizen) расшифровали строение и выяснили механизм функционирования фермента глюкансукразы (glucansucrase), вовлеченного в поражение зубов кариесом.

Результаты исследования могут стимулировать разработку соединений, способных ингибировать этот фермент, а введение таких ингибиторов в средства гигиены полости рта или даже сладости может сделать печально известный всем кариес элементом истории.

Связывание сахарозы с активным центром фермента глюкансукразы. (Рисунок из PNAS, 2010, doi: 10.1073/pnas.1007531107)

Биохимики из Университета Гронингена изучили глюкансукразу, вырабатываемую бактерией Lactobacillus reuteri, присутствующей в ротовой полости человека и его пищеварительном тракте. Эта бактерия использует фермент-глюкансукразу для конверсии моно- и дисахаридов, встречающихся в пище человека, в длинные и клейкие полигликановые цепи. С помощью такого углеводного «клея» бактерии связываются с эмалью зубов. Микроорганизм, являющийся основной причиной кариеса, Streptococcus mutans, тоже использует этот фермент. Прикрепившись к зубной эмали, бактерии ферментируют углеводы и выделяют кислоты, которые растворяют кальций эмали, в результате чего и возникает кариес.

С помощью рентгеноструктурного анализа исследователям удалось полностью расшифровать третичную структуру фермента – Дийкстре и Дийкхуйзену впервые удалось вырастить кристаллы фермента. Результаты рентгеноструктурного исследования демонстрируют, что для белка реализуется уникальная модель скручивания – различные структурные домены белка не организуются в линейную цепь, а образуют U-образную третичную структуру. По словам исследователей, примеры такой белковой организации ранее не были описаны в литературе.

Расшифровка третичной структуры глюкансукразы позволила исследователям определить детальный механизм его функционирования. Фермент расщепляет сахарозу на фруктозу и глюкозу, после чего молекула глюкозы встраивается в растущую цепь полисахарида. До настоящего времени исследователи полагали, что за расщепление сахарозы и конденсацию полиглюкана отвечают различные части фермента, однако исследователи из Гронингена заявляют, что оба процесса протекают с участием одного и того же активного центра фермента.

Дийкхуйзен надеется, что специфическое ингибирование глюкансукразы поможет предотвратить закрепление бактерий на зубной эмали, а информация о строении и механизме активности такого фермента являются ключевыми для разработки таких ингибиторов. Он добавляет, что разработанные до настоящего времени ингибиторы глюкансукразы блокировали не только этот фермент, но содержащийся в нашей слюне фермент амилазу, необходимую для переваривания крахмала.

Расшифрованное строение глюкансукразы также проливает свет на причины двойного ингибирования. Результаты, полученные Дийкстрой и Дийкхуйзеном, позволяют утверждать, что глюкансукраза эволюционировала из ферментов-амилаз. Дийкхуйзен заявляет, что, хотя ранее было известно о близости структур этих ферментов, результаты рентгеноструктурного анализа говорят о полной идентичности активных центров обоих ферментов. Это обстоятельство диктует необходимость разработки специфических ингибиторов, которые могли бы блокировать лишь один из эволюционно близких ферментов.

Источник: PNAS, 2010, doi: 10.1073/pnas.1007531107

метки статьи: #аналитическая химия, #биохимия, #медицинская химия, #молекулярная биология, #химия полимеров