#

ΑΝΑΣΧΕΔΙΑΣΜΟΣ ΤOY ENZYMOY ΑΝΑΓΩΓΑΣΗ ΤΟΥ ΓΛΟΥΤΑΘΕΙΟΥ

Η εκπαιδευτική αυτή άσκηση έχει σαν σκοπό την εισαγωγή του φοιτητή στις αρχές της Ενζυμικής Μηχανικής. Σαν παράδειγμα θα χρησιμοποιηθεί ο ανασχεδιασμός του ενζύμου αναγωγάση του γλουταθείου με στόχο την αλλαγή της εκλεκτικότητας του ως προς το συνένζυμο που αναγνωρίζει (NADP(H) έναντι NAD(Η).

Υπάρχει διαθέσιμη η κρυσταλλική δομή τόσο του άγριου όσο και της ανασχεδιασμένης (μεταλλαγμένης) μορφής του ενζύμου και συνεπώς μπορεί να γίνει πιο κατανοητός ο σχεδιασμός και τα αποτελέσματα κάθε μετάλλαξης.

Το ένζυμο είναι διμερές και αποτελείται από δύο όμοιες πεπτιδικές αλυσίδες. Σε κάθε αλυσίδα δεσμεύεται ένα μόριο FAD (κίτρινο) και ένα NADP(H) (κόκκινο), τα οποία συμμετέχουν στην καταλυτική αντίδραση.

Σχηματική αναπαράσταση της περιοχής δέσμευσης του συνενζύμου NADP(H) στο ένζυμο αναγωγάση του γλουταθείου.

Σχηματική αναπαράσταση της περιοχής δέσμευσης του συνενζύμου NAD(H) στο ένζυμο αναγωγάση του γλουταθείου

Στον άγριο τύπο του ενζύμου (NADP(H) εξαρτώμενος) πραγματοποιήθηκαν οι ακόλουθες μεταλλάξεις: Arg204Leu, Arg198Met. Η Arg-204 (πράσινο) αλληλεπιδρά με την φωσφορική ομάδα του NADP(Η) και η Arg-198 (πράσινο) αλληλεπιδρά με την αδενίνη του συνενζύμου.

Στο σχήμα φαίνεται η δομή της μεταλλαγμένης μορφής (Arg204Leu, Arg198Met) του ενζύμου. Οι μεταλλάξεις δεν προκαλούν καμία αλλαγή στη συνολική δομή του ενζύμου.

Σύγκριση δομής του αγρίου τύπου (Α) με αυτή της μεταλλαγμένης μορφής (Arg204Leu, Arg198Met) (Β).

Στη μεταλλαγμένη μορφή του ενζύμου (Α) η καρβοξυλομάδα του Glu-198 (κίτρινο) έχει διαφορετική διαμόρφωση από αυτή στον άγριο τύπο και αλληλεπιδρά με το 2’-ΟΗ της ριβόζης του NAD(H).

Αυτό έχει σαν συνέπεια την ανάπτυξη απωθητικών δυνάμεων με την αρνητικά φορτισμένη φωσφορική ομάδα του NADP(H) και άρα την ενίσχυση της εκλεκτικότητα ως προς το NAD(H). Η διαφορετική διαμόρφωση της Glu-198 οφείλεται στην Ala-175 (κίτρινη σφαίρα, Α). Στη μεταλλαγμένη μορφή του ενζύμου η μεθυλομάδας της Ala-175 βρίσκεται σε διαφορετική θέση από ότι στον άγριο τύπο (Β), αφού η Ala-179 (κόκκινη σφαίρα, Γ) εμποδίζει στερεοχημικά τη μετακίνηση της Ala-175 στην αρχική θέση.