Wetenschappers veranderen enzym in gesuggereerde voorouder en bevestigen hierdoor gemeenschappelijke oorsprong met ander enzym

Door het veranderen van een enkel aminozuur in een enzym is de activiteit van het enzym veranderd in dat van zijn veronderstelde voorouder. Een desaturase is zo omgezet in een oxidase. Hierdoor is een gemeenschappelijke oorsprong van de enzymen ook bewezen. Desaturases gebruiken zuurstof om waterstofatomen van vetzuren te verwijderen. Oxidases binden waterstofionen aan reactieve zuurstofvormen om zo water te vormen. Deze kennis over de enzymwerking zal worden gebruikt bij het modificeren van desaturases om bepaalde stoffen te produceren, die nu nog via de petrochemie worden gemaakt. Biochemicus John Shanklin heeft samen met een team van het Brookhaven National Laboratory en het Karolinska Institute in Stockholm dit onderzoek uitgevoerd dat later deze week op de website van de PNAS zal verschijnen.

Via röntgenkristallografie hadden de wetenschappers al eerder ontdekt dat er een overeenkomst was tussen het actieve centrum van een modern desaturase en een simpel peroxidase. Het enige grote verschil was een enkel aminozuur dicht bij de zuurstofbindplaats in de twee actieve centra. Het oxidase had een zuur aminozuur, dat protonen kan doneren, terwijl het desaturase dat niet had. De wetenschappers verwisselden toen in het desaturase dat specifieke molecuul voor een zuur aminozuur.

Het nieuw gesynthetiseerde enzym had een 2000 keer lagere desaturase-activiteit, terwijl de oxidase-activiteit 31 keer hoger was dan van het oorspronkelijke desaturase-enzym. ‘Het feit dat zo een simpele verandering zo een drastisch gevolg in activiteit kan hebben, bevestigt de hypothese dat de twee enzymgroepen een gemeenschappelijke oorsprong hebben’, aldus Shanklin.

Hoewel zuurstof noodzakelijk is voor veel levensprocessen, kan het ook in toxische vormen voorkomen zoals reactieve zuurstofradicalen. Organismen met enzymen die deze zuurstofvormen konden deactiveren, hadden een evolutionair voordeel op aarde rond de 2.5 miljard jaar geleden. Toen begonnen fotosynthetische organismen met het pompen van zuurstof in de atmosfeer.

Wetenschappers hadden al gesuggereerd dat de eerste zuurstofdetoxificerende enzymen waarschijnlijk simpele oxidases waren. Deze groep enzymen heeft, rond hun actief centrum, structurele en aminozuursequentie overeenkomsten met modernere enzymen die een rol spelen bij zuurstofchemie. Dit leek te duiden op een gemeenschappelijke oorsprong.

bron: Persbericht Brookhaven National Laboratory