Nieuw traagheidsrecord voor ongekatalyseerde biochemische reactie

Zonder enzym heeft een belangrijke biologische reactie die betrokken is bij de vorming van heem (onderdeel van zuurstofbindende eiwitten), een halfwaardetijd van 2,3 miljard jaar. Onderzoekers van de University of North Carolina meldden dit nieuwe record in PNAS.

Enzymen zijn biokatalysatoren; ze versnellen chemische reacties in de cel zonder daar zelf bij verbruikt te worden. De onderzoekers wilden weten hoeveel sneller een bepaalde biochemische reactie verloopt als het bijbehorende enzym er niet is.

De reactie waar het om ging is de omzetting van uroporfyrinogeen III (Uro’gen III) in coproporfyrinogeen III en 4CO₂. Uro’gen III bestaat uit 4 pyrroolringen, die ieder een acetaatgroep op de 3-positie hebben. Het enzym uroporfyrinogeen decarboxylase (UroD) zet elke acetaatgroep om in een methylgroep waarbij ook een molecuul CO₂ vrijkomt – een zogenaamde decarboxylatie.

Deze reactie is biologisch erg belangrijk, omdat hij de eerste stap is in de vorming van onder meer chlorofyl en heem. Het substraat Uro’gen III is echter licht- en luchtgevoelig. Daarom gebruikten de onderzoekers een modelreactie: de omzetting van pyrrol-3-acetaat – dat uit 1 pyrroolring bestaat in plaats van 4 – in 3-methylpyrrool en 1CO₂.

Bij hoge temperaturen keken de onderzoekers wat de reactiesnelheid was. Door deze data te extrapoleren, bleek de halfwaardetijd zonder enzym bij kamertemperatuur 2,3 miljard jaar te zijn. Het enzym versnelt deze trage reactie met een factor 1,2*10¹⁷.

Met dit onderzoek is een nieuw record gevestigd. De vorige langzaamste biochemische reactie in de afwezigheid van een enzym was de decarboxylatie van orotidine 5’-fosfaat. Die heeft een halfwaardetijd van 78 miljoen jaar.

Bron: PNAS