Gráf László

Fehérjeszobrászat - az alkotás öröme és haszna

VI. Fehérjeszobrászat

Bevezetésképpen első saját protein engineering munkám filozófiáját és eredményeit ismertetem. A tripszin és kimotripszin, két homológ szerkezetű, de eltérő specifitású szerin-proteáz szerkezeteinek az összevetése a 80-as évek közepén azt sugallta, hogy a tripszin kimotripszinszerű proteázzá történő átalakítása a tripszin-kötőzseb alján lévő aszparaginsav szerinre történő cseréjével megoldható. A tripszin-mutáns azonban, amelyet San Franciscó-i tanulmányutamról hazatérve már Budapesten állítottunk elő munkatársaimmal, inaktívnak bizonyult. További vizsgálódások nyomán felvetettem, hogy a kötőzsebet magába foglaló aktivációs domén plaszticitásának lehet szerepe a proteáz működésében. Az aktivációs domén a hasnyálmirigyből származó szerin-proteázoknak az a mintegy 45 aminosavból álló szerkezeti egysége, amely az inaktív enzim aktiválódása során szerkezetváltozáson megy keresztül. A tripszin és kimotripszin esetében eltérő mértékű szerkezetváltozás eredményeképpen alakulnak ki az aktív enzimek működőképes szubsztrátkötő zsebei. Ez utóbbiak a két proteáz esetében, a zseb alján elhelyezkedő aszparaginsav/szerin különbségtől eltekintve, lényegében véve azonosak. Az ezeket magukban foglaló, de a szubsztráttal közvetlen kapcsolatot nem létesítő aktivációs domének hordozzák ugyanakkor a két enzim közt megfigyelhető szerkezeti különbségek zömét. A tripszin aktivációs doménjének módszeres, kimotripszinszerű aktivációs doménné történő átalakításával sikerült az enzim specifitását kimotripszinszerűvé változtatni.

Ez a kísérlet a tanszékünkön jelenleg folyamatban lévő gyorskinetikai vizsgálatok előzetes eredményeivel összhangban igazolni látszik az alábbi animációval illusztrált elgondolást, miszerint a szubsztrátok bekötődése során a tripszin és a kimotripszin aktivációs doménjei eltérő mértékű tranziens szerkezeti átalakuláson mennek keresztül. A specifitás megváltoztatása érdekében tehát a teljes domén szerkezetével számolnunk kell.

Animáció: A tripszinműködés egy lehetséges modellje

Az animáció megtekintéséhez Macromedia Flash Player 8-ra van szükség. Ingyenesen letöltheti itt.

A mai mosóporok nélkülözhetetlen komponense a Bacillus subtilis baktériumból származó proteáz, a szubtilizin, melyet Polgár László kísérlete kapcsán már említettünk. A mosáshoz azonban nem a természetes enzimet használjuk, hanem annak fehérjeszobrászati módszerekkel átalakított változatait. Tekintettel arra, hogy a mosópor a proteázon kívül oxidáló ágenseket is tartalmaz, a szubtilizin egyik könnyen oxidálódó aminosavát az oxidációnak ellenálló aminosavra kellett cserélni. A mosás magas hőmérséklete és lúgos körülményei miatt további szerkezetmódosításokra volt szükség. Ezek célja a szubtilizin hőstabilitásának és pH-optimumának (lúgtűrésének) a növelése volt. A következő animációk a módosított szubtilizin szerkezetét mutatják.

Animáció: Mosópor szubtilizin

Animáció: A szubtilizin előállítása

Az animáció megtekintéséhez Macromedia Flash Player 8-ra van szükség. Ingyenesen letöltheti itt.