Duitse onderzoekers hebben de structuur ontrafeld van het enzym dat de natuurlijke synthese van het aminozuur pyrrolysine mogelijk maakt. Dit schrijven zij online op de website van Angewandte Chemie.

Er bestaan in totaal 22 verschillende aminozuren, waarvan er 20 direct gecodeerd worden door de genetische code. De twee uitzonderingen zijn selenocysteïne, ontdekt in 1986, en pyrrolysine. Beide aminozuren worden met behulp van synthetische mechanismen in eiwitten ingebouwd. Het overgrote deel van de meer dan 100.000 eiwitten die actief zijn in het menselijk lichaam wordt opgebouwd uit de bekende groep van 20 aminozuren. Slechts een paar zeer gespecialiseerde eiwitten hebben voor het uitvoeren van hun werk selenocysteïne nodig.

Pyrrolysine komt in tegenstelling tot de andere aminozuren niet voor in eiwitten in ons lichaam. Het werd in 2002 ontdekt in Archaea (oerbacteriën). Deze bacteriën gebruiken pyrrolysine in eiwitten die nodig zijn voor hun methaanproductie, hierbij is het aminozuur gelokaliseerd in het katalytische centrum van het eiwit.

Vorig jaar publiceerden onderzoekers van Ohio State University over de rol van het enzym PylB bij de productie van pyrrolysine. Dit enzym katalyseert de eerste stap in de biosynthese van pyrrolysine, waarbij het aminozuur lysine wordt omgezet in het tussenproduct methylornithine.

Onderzoekers van de Technische Universität München hebben nu de structuur van het enzym PylB ontrafeld met behulp van röntgenkristallografie. En tot hun verbazing troffen zij het enzym in actie aan: op het moment van kristallisatie had het molecuul methylornithine het ‘reactievat’ van het enzym nog niet verlaten. Felix Quitterer, hoofdauteur van het artikel, noemt dit een great stroke of luck: “Hierdoor konden wij niet alleen het molecuul zelf detecteren, maar ook reconstrueren hoe het molecuul uit lysine was ontstaan.

Het blijkt te gaan om een ongebruikelijke enzymatische reactie. De sleutel tot de conversie is een cluster van vier ijzer- en vier zwavelatomen in het actieve centrum van het enzym. Volgens Michael Groll, leider van het onderzoek, is het chemici tot nu toe niet gelukt om methylornithine in een éénstapsreactie uit lysine te synthetiseren.

De opgedane kennis over Archaea kan wetenschappers helpen om in de toekomst kunstmatige aminozuren te synthetiseren voor de productie van op maat gesneden enzymen, met applicaties in de industriële biotechnologie en medicijnontwikkeling.