Нове дослідження хіміків з Массачусетського технологічного інституту пояснює, яким чином один єдиний фермент, відомий як рібонуклеотид редуктазу (РНР), здатний каталізувати освіту всіх чотирьох нуклеотидів, з яких складається ДНК. Робота була опублікована в журналі.
Більшість ферментів спеціалізуються на перетворенні молекули одного типу на іншу. Незвичайність рібонуклеотид редуктази полягає в тому, що вона здатна каталізувати перетворення чотирьох різних молекул - рібонуклеотидів - на відповідні дезоксирибонуклеотиди.
Рибонуклеотиди приєднуються до активного центру молекули, граючи роль субстрату для подальшого перетворення. Який саме рібонуклеотид зв'яжеться з РНР, визначає ефектор - молекула, що приєднується до іншої частини ферменту. Вченим було відомо, що роль ефектора можуть виконувати різні дезоксирибонуклеотиди, проте досі не було відомо, яким чином їх приєднання впливає на зв'язування білка з субстратами. Щоб прояснити механізм роботи ферменту, вчені використовували метод рентгенівської кристалографії, за допомогою якої визначали тривимірну структуру бактеріальної редуктази під час її пов'язування з різними субстратами та ефекторами.
Дослідники з'ясували, що за відсутності ефектора місце пов'язування з субстратом перебуває у відкритому стані. Однак, коли до ферменту приєднується дезоксирибонуклеотид, це викликає перебудову активного центру, в результаті чого приєднатися до білка для подальшого перетворення можуть тільки певні рибонуклеотиди. Для різних дезоксирибонуклеотидів ця перебудова відбуватиметься по-різному. Таким чином, РНР виявилася здатною «перемикатися» в різні структурні стани, кожен з яких відповідальний за певну каталітичну реакцію.
Оскільки для зростання ракових клітин необхідна велика кількість нуклеотидів, результати дослідження допоможуть вченим розробити способи регуляції РНР, які знижують активність ферменту і допомагають у боротьбі з пухлинами. Також на основі даного підходу можливе створення антибактеріальних і противірусних препаратів.
ДНК складається з нуклеотидів, які спочатку синтезуються за участю різних ферментів у вигляді рібонуклеотидів. РНР каталізує відділення від рібонуклеотидів гідроксильної групи, перетворюючи їх на дезоксирибонуклеотиди. Відсутність гідроксильної групи у елементів ДНК робить її більш стійкою до лужної деградації.