Narodowe Instytuty Zdrowia (NIH) zdecydowały się na przydzielenie grantu wartości 9 milionów dolarów na badania prowadzone przez profesora Roberta Callendera, biochemika z Akademii Medycznej im. Alberta Einsteina działającej przy Uniwersytecie Yeshiva. Profesor ze swoim zespołem pracuje nad stworzeniem leków, uwzględniając dynamikę – w tym swoiste ruchy atomów – enzymów na które dane leki są ukierunkowane.
Enzymy są proteinami, które przyspieszają albo katalizują reakcje chemiczne zachodzące w komórkach. Jedna trzecia leków zaaprobowanych przez amerykańską Agencję Żywności i Leków działa poprzez hamowanie enzymów komórek i wirusów powodujących chorobę. Jak dotychczas naukowcom udało się stworzyć leki działające zaledwie na ułamek potencjalnych celów. Możliwość zaatakowania pozostałych enzymów zależy od pozyskania podstawowej wiedzy na temat ich funkcjonowania.
Enzymy oraz cząsteczki, z którymi reagują (substraty), muszą mieć określone kształty, aby reakcje katalityczne mogły się rozpocząć. Odpowiedni kształt umożliwia podłączenie aktywnej części enzymu do substratu i stworzenie nowej molekuły, którą można nazwać produktem. Wiadomo już, że molekuły te nie posiadają jednej konformacji definiującej ich kształt, ale raczej hierarchię wymienialnych konformacji. Według profesora Callendera, aby lepiej zrozumieć te reakcje na poziomie molekularnym, trzeba najpierw dowiedzieć się więcej na temat fizyki ruchów atomów, które mają miejsce podczas katalizy. Ta wiedza pozwoli stworzyć nowe rodzaje leków, które będą działać poprzez odpowiednie skierowanie na poszczególne enzymy.
Według obowiązującej dotychczas teorii, trójwymiarowa struktura aktywnej części proteiny definiuje jej funkcję. Naukowcy pracujący nad tym problemem w ramach grantu obalili tę teorię, zastępując ją koncepcją ruchów atomowych. Wykazali oni, że struktura aktywnej części proteiny definiuje określone ruchy atomów, które z kolei definiują funkcję enzymu. To oznacza, że połączenie enzymu z substratem może skutkować stworzeniem setek tysięcy rozmaitych struktur, z których tylko niewielka część może prowadzić do powstania produktu.
Naukowcy udowodnili również, że określone rodzaje ruchów atomowych pełnią ważną funkcję w formowaniu stanu przejściowego enzymów – króciutkiego (jedna dziesiąta jednej trylionowej sekundy) okresu, w którym substrat jest przetwarzany w inny związek chemiczny w aktywnej części enzymu.
Badacze zamierzają wykorzystać nowo zdobytą wiedzę na temat ruchów atomowych do stworzenia nowych inhibitorów enzymów, które będą funkcjonować jako leki. W głosowaniu nad przyznaniem grantu komisja uznała, że badania nad ruchami atomowymi enzymów to przełomowe prace, które spowodują konieczność napisania podręczników od nowa. To może być pierwszy zaawansowany projekt prowadzący do zrozumienia dynamiki reakcji enzymów i substratów.
Źródło: www.sciencedaily.com