В исследовании, опубликованном в этом месяце в BMC Biology, исследователи с факультета наук о жизни и окружающей среде Университета Цукубы описали двух членов семейства белков COG4337, которые являются первыми известными примерами ферментов карбоангидразы, для которых не требуется ион металла. функционировать.
Углеродные ангидразы катализируют превращение диоксида углерода (CO2) в бикарбонат (HCO3‾), наоборот. Они играют центральную роль в широком спектре физиологических процессов, включая регулирование кислотно-щелочного баланса, дыхания и фотосинтеза, и имеют решающее значение для всей углеродной жизни, от бактерий до людей.
Все ранее идентифицированные классы карбоангидразы содержат кофактор металла – цинк, кадмий, кобальт или марганец – который необходим для активности этих ферментов, поэтому, когда исследователи из Университета Цукубы определили, что белки COG4337 были похожи на известные угольные ангидразы, они ожидали, что ионы металлов также будут важны для этих новых белков.
"Потому что активный центр большинства углекислых ангидраз содержит ион металла, который способствует взаимному превращению CO2 и HCO3‾, мы были удивлены, обнаружив, что белки COG4337 не требовали ни одного из восьми различных металлов, которые мы тестировали, и фактически были менее функциональны в присутствии цинка », – говорит ведущий автор, профессор Йошихиса Хиракава.
Когда исследователи создали модель структуры белка COG4337, они обнаружили, что существует активный центр или карман, который может удерживать CO2, пока фермент преобразует его в HCO3‾. Интересно, что в отличие от других углекислых ангидраз, эти новые ферменты, похоже, не осуществляют обратную реакцию превращения HCO3‾ к CO2.
Кроме того, исследователи увидели, что эти белки COG4337 имеют тенденцию собираться в пластидах и митохондриях микроводоросли Bigelowiella natans, где происходит метаболизм CO2.
"Эти белки экспрессируются многими цианобактериями и эукариотическими микроводорослями, которые живут в средах с довольно различным содержанием металлов. Возможно, этот фермент эволюционировал в наследственном микробе, чтобы адаптироваться к среде с низким содержанием металлов, например, в открытом океане », – объясняет профессор Хиракава.
Учитывая широкое распространение углекислых ангидраз в экологически важных видах микроводорослей, этот новый тип металл-независимых карбонатных ангидраз может играть важную роль в глобальном углеродном цикле.
Понимание того, как работают эти ферменты, также может быть полезно для искусственного фотосинтеза, важного источника возобновляемой энергии.