Die überraschenden, messerscharfen Funktionen eines starken Enzyms

Es dient sowohl als Hackbeil als auch als Verbindungswerkzeug

07.10.2022 - Kanada

Blaualgen (auch Cyanobakterien genannt) haben eine Superkraft, die ihnen wahrscheinlich zu ihrem großen Erfolg als Eindringlinge in Wasserstraßen verhilft. Sie haben die außergewöhnliche Fähigkeit, Energie und Stickstoff in ihren Zellen für Notzeiten zu speichern. Aber wie genau sie das tun, ist nur teilweise verstanden.

Nun haben Forscher der McGill University und ihre Kollegen von der ETH Zürich eine faszinierende, bisher unbekannte Fähigkeit der Enzyme (sogenannte Cyanophycin-Synthetasen) aufgedeckt, die bei der Bildung dieser Nahrungsreserven aktiv sind. Ihre Ergebnisse sind nicht nur wissenschaftlich überraschend, sondern bringen uns auch einen Schritt näher an die Möglichkeit, diese umweltfreundlichen Polymere für alles Mögliche zu verwenden, von Bandagen über biologisch abbaubare Antiskalantien bis hin zu Tierfutter.

Enzyme wie Cyanophycin-Synthetasen (Polymerase-Enzyme genannt, weil sie lange Polymerketten synthetisieren) benötigen in der Regel Primer in Form von kurzen "Starterketten", um mit dem Aufbau der langen Ketten zu beginnen. Polymerasen fungieren als Katalysatoren für eine Vielzahl biologischer Funktionen, von der Ankurbelung der RNA- und DNA-Replikation bis zur Umwandlung von Glukose in Glykogen als Energiespeicher für den späteren Gebrauch. Man ging davon aus, dass Cyanophycin-Synthetasen aus vielen verschiedenen Cyanobakterien wie alle anderen Polymerasen Primer benötigen, doch dann entdeckten die Forscher etwas Neues.

"Wir arbeiteten mit mehreren Cyanophycin-Synthetasen und fanden heraus, dass eine von ihnen keinen Primer benötigt", sagt der Hauptautor Itai Sharon, ein McGill-Doktorand in Biochemie. "Nach dreijährigen Experimenten, in denen wir herauszufinden versuchten, warum dies nicht der Fall war, entdeckten wir, dass diese Cyanophycin-Synthetase ein verstecktes Reaktionszentrum in sich trägt, das Bindungen zwischen Aminosäuren spaltet, anstatt Aminosäuren zu verknüpfen, was die Hauptaufgabe dieser Polymerase ist.

Anders als alle bekannten Polymerasen

Die Forscher entdeckten, dass die Cyanophycin-Synthetase in Abwesenheit eines Primers langsam eine extrem kleine Anzahl langer Cyanophycin-Polymere herstellen kann, die das neu entdeckte Reaktionszentrum in viele kurze Ketten spaltet, die dann als Primer für eine schnelle Polymerisation verwendet werden.

"Wir bezeichnen die Cyanophycin-Synthetase als ein 'Schweizer Taschenmesser-Enzym', sagt Martin Schmeing, korrespondierender Autor und Direktor des McGill Centre de recherche en biologie structurale. "Es kombiniert drei enzymatische Funktionen - zwei bindungsbildende und eine bindungsbrechende - in einer eleganten, autarken Polymerisationsmaschine."

"Das Besondere daran ist, dass diese Polymerasen schon seit Jahrzehnten von vielen Forschern untersucht werden. Niemand, auch wir nicht, hatte dies vorher bemerkt!"

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Originalveröffentlichung

Sharon I, Pinus S, Grogg M, Moitessier N, Hilvert D, Schmeing TM.; "A cryptic third active site in cyanophycin synthetase creates primers for polymerization."; Nature Communications 2022.

https://www.bionity.com/de/news/1177987/die-ueberraschenden-messerscharfen-funktionen-eines-starken-enzyms.html

Originalveröffentlichung

Sharon I, Pinus S, Grogg M, Moitessier N, Hilvert D, Schmeing TM.; "A cryptic third active site in cyanophycin synthetase creates primers for polymerization."; Nature Communications 2022.

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