Ensüümideta võtaks eluline bioreaktsioon 2,3 miljardit aastat
Üks teadur, kes selliseid asju uurib, on Chapel Hilli linnas tegutseva Põhja-Carolina Ülikooli auvilistlasest biokeemia-, biofüüsika- ja keemiaprofessor dr Richard Wolfenden, kirjutab teadusuudiste-portaal EurekAlert.
Riikliku Teadusakadeemia liige Wolfenden on tegev nii meditsiini- kui kunsti- ja reaalteaduste kateedris.
1995. aastal teatas Wolfenden, et ilma ühe konkreetse ensüümita võtaks DNA ja RNA ehituskivide konstrueerimise juures tema sõnul “absoluutselt elulise tähtsusega” bioloogiline muundumine aega 78 miljonit aastat.
“Nüüd oleme leidnud reaktsiooni, mis — jällegi konkreetse ensüümi puudumisel — on sellest ligi 30 korda aeglasem,” nentis Wolfenden. “Selle poolestusaeg — aeg, mille vältel pool ainest ära kulub — on 2,3 miljardit aastat, umbes pool planeedi Maa vanusest. Ensüümide abil toimub see reaktsioon mõne millisekundiga.”
Koos kaasautori, post-doktorandi ja labori töötaja Charles A. Lewisega avaldas Wolfenden teadustöö tulemused ajakirja Proceedings of the National Academy of Science novembrinumbri varajases veebiversioonis; töö avaldatakse ka täna ilmuvas trükiversioonis.
Käsitletud reaktsioon on võtmetähtis hemoglobiini ja klorofülli biosünteesis, märkis Wolfenden. Kui seda aga katalüüsida vastava ensüümi, uroporfürinogeen-dekarboksülaasiga, kasvab klorofülli ja hemoglobiini tootlikkus rakkudes “röögatu teguri võrra, mis on võrreldav erinevusega bakterraku läbimõõdu ning Päikese kauguse Maast vahel.”
“See ensüüm on eluliselt oluline nii taimsele kui loomsele elule planeedil,” ütles Wolfenden. “See, mida me sel moel määratleme, on see, millest evolutsioon pidi jagu saama; et see ensüüm ületab üüratu tõkke, 2,3 miljardi aasta pikkuse poolestusaja.”
Teades, kui kaua reaktsioonid ilma ensüümideta aega võtavad, oskavad bioloogid hinnata viljakate katalüsaatorite arengut, ütles Wolfenden. Samuti võimaldab see teadlasil võrrelda ensüüme laboris konstrueeritud kunstlike katalüsaatoritega.
“Ilma katalüsaatoriteta poleks üldse mingisugust elu, ei mikroobe ega inimesi,” kinnitas ta. “See paneb mõtlema, kuidas sai looduslik valik toimida nii, et moodustus valk, mis nii erakordselt aeglasele reaktsioonile algeliseks katalüsaatoriks oskas hakata.”
Üliaeglaste reaktsioonide jälgimise katselised meetodid võivad anda olulist teavet ka raku molekulaaruuringutele rajanevate ravimite ratsionaalseks väljatöötamiseks.
“Katalüüsi ränkrasket tööd tegevad ensüümid on kahtlemata kõige õrnem teema uute ravimite arendamises,” väitis Wolfenden. “Need ensüümid, mida meie uurime, on huvitavad sellepärast, et nende katalüüsivõime ületab kõigi teadaolevate ensüümide oma.”
Wolfenden on ensüümimehhanisme ning bioloogiliste ühendite afiinsust (vesireageerivust) väga põhjalikult uurinud. Tema teadussaavutused on ka mõjutanud ravimite ratsionaalset väljatöötamist, ning tema laboris tehtud avastused on aidanud hoogustada angiotensiin-konvertaasi- ehk ACE-inhibiitorravimite arendamist, mida praegu kasutatakse laialdaselt kõrgvererõhutõve ja infarkti ravis. Ensüümide kui tõhusate katalüsaatorite uurimine on viinud ka HIV-nakkuse ravimisel rakendatavate proteaasi inhibiitorite loomiseni.
“Me oleme alles hakanud aru saama sellest, kuidas keemiliste katalüsaatorite abiga reaktsioone kiirendada, ja mitte keegi pole jõudnud nende katalüüsivõime suurusjärgu matkimisele või ennustamisele ligilähedalegi,” kinnitas Wolfenden.
