Белтъците и нуклеиновите киселини са молекулите, които са в основата на всички биологични процеси. Те имат много различни свойства и комбинирането им заедно в една хибридна молекула означава да се създаде ценен инструмент за генетиката и медицината.
Обикновено „хибриди ДНК с белтък“ се получават чрез трудоемък органичен синтез, но авторите на новата статия са намерили много по-прост начин, използвайки бактерии.
Учени откриха нова кръвна група след 50-годишна мистерия
Цялата молекулярна биология се основава на три „стълба“, тоест типа биомолекули: ДНК, РНК и белтъци. Всеки от тях има свои важни особености, които понякога учените искат да комбинират, но хибриди, базирани на толкова различни по структура молекули, са рядкост в природата.
Някои учени смятат, че полубелтъци-полунуклеотиди може да са били важни в най-ранните етапи на еволюцията и при зараждането на живота, но няма доказателства за това в съвременната клетка. В същото време подобни хибриди, например пептид-нуклеинови киселини (ПНК), се получават чрез химичен синтез.
Важна стъпка напред е резултатът, публикуван в Nature Chemical Biology. Статията описва нов клас молекули, които комбинират компоненти на нуклеинови киселини и белтъци – пептидно-нуклеобазни хибриди. Той съдържа пиримидинова структура, подобна на молекулата, от която в клетката се синтезират ДНК и РНК бази.
Първоначално учените просто се опитали да намерят нови белтъчни молекули, способни да свързват метални йони, използвайки бактерии за това. Една от получените молекули имала целевите свойства, но се оказало, че не е белтък, а хибрид на два типа биомолекули. След това авторите изяснили молекулярните механизми, довели до такава щастлива случайност.
Оказало се, че в синтеза на хибрида са задействани рибозоми – „фабрики за производство на белтъци“, налични във всяка клетка – както и пътят на посттранслационни модификации на белтъци RiPP. Той променя молекулата, след като се създаде върху рибозомата, благодарение на специални ензими.
Учени дешифрират 97% от човешкия ДНК код
Синтезът на хибридите се състои от два етапа: първо, комплекс от ензима дехидрогеназа с белтъците RRE и YcaO катализира превръщането на остатъците от аминокиселината аспарагин в изходния пептид в шестчленни пиримидинови пръстени (хетероциклично съединение, чийто скелет се състои от атоми въглерод и азот).
След това ензимът ацилестераза разпознава специфичен регион в последния край на пептида, който трябва да се синтезира, и го отрязва. Изходното съединение на тази реакция ускорява нейния ход: хистидиновите аминокиселинни остатъци помагат на аспарагините от същия пептид да се превърнат в хетероцикли.
Всички реакции били проведени лабораторно с използването на само три съставки: изходния полипептид и два ензима. След това авторите извършили същите трансформации в най-задълбочено проучената и лесно култивирана бактерия – Escherichia coli.
Нов клас хибриди белтъци с нуклеинови киселини Z.-F. Pei et al. / Nature Chemical Biology, 2024
Получаването на такова сложно и необичайно съединение е много по-лесно и по-евтино чрез бактериален метаболизъм, отколкото чрез органичен синтез. Новият метод открива възможност за масово получаване на хибридни молекули и широкото им използване в практиката, включително в медицината.
Защо спиралата на ДНК почти винаги е усукана надясно?
Това е възможно поради факта, че те съчетават свойствата на ДНК или РНК (могат избирателно да свързват конкретни участъци от нуклеинови киселини) със специфичната активност на белтъците. С помощта на хибридни молекули е възможно избирателно да се въздейства на молекулярните механизми на развитието на много заболявания.
