REDOX FEHÉRJÉK MŰKÖDÉSE ÉS SZERKEZETE

1. Redox fehérjék működése és szerkezete

A redox fehérjék fontos szerepet játszanak az élő rendszer energetikai folyamataiban. Mivel energiaátalakító, energiatermelő és használó folyamatok az összes élőlényben megtalálhatók, a redox fehérjék kutatásának fontosságát nem lehet túlbecsülni. A redox fehérjékben többnyire fématomok játszanak szerepet (vas, réz, stb.).

Kutatócsoportunk a Thiocapsa roseopersicina bíbor, fotoszintetizáló kénbaktériumból izolálja a fehérjéket. Számos fémtartalmú és redox aktivitást mutató fehérjét izoláltunk. Régi kutatási témánk a hidrogenáz enzim szerkezete és funkciója, melyről a következő kutatási téma leírásakor beszélünk részletesen. Emellett sikerült egy, ilyen baktériumokban eddig ismeretlen, citokróm c4 redox fehérjét, s egy kék rézfehérjét is azonosítanunk. Meghatároztuk jellemző adataikat (redox potenciál, móltömeg, stb.). Spektroszkópiai mérésekkel kiderítettük, hogy a citokróm c4 anaerob körülmények között hőtűrő, dacára annak, hogy maga a baktérium 30 oC felett elpusztul.

Továbbfejlesztés, hasznosítás, felhasználás

A fehérjék vizsgálata alapvetően a hőtűrés további megértését segíti elő. Ugyanakkor a redox fehérjékkel való mérések során új mérési technikákat is kidolgoztunk. Ezek közül legjelentősebb, hogy egy új fehérjeszekvenáló módszert fejlesztettünk ki egy amerikai kutatócsoporttal közösen. Az új módszerrel tömegspektrométer segítségével határozzuk meg a fehérje aminósav sorrendjét. Az aminósav sorrendet mostanában jellemzően a nukleinsav sorrend meghatározásával és átkódolásával állapítják meg. Ez a módszer egy genetikailag nem feltérképezett organizmus esetében (s az élőlények többsége ilyen) meglehetősen komplikált és időigényes, nem is minden esetben valósítható meg. Ugyanakkor nem feltétlenül a működő fehérje szekvenciáját kapjuk meg. Új módszerünk időben versenyképes a nukleinsavból történő szekvencia meghatározással, s további fejlesztéssel az anyagmennyiség is annyira csökkenthető, hogy kétdimenziós gélelektroforézis fehérje foltjaiból is meghatározható lesz a szekvencia. Hátránya pillanatnyilag, hogy drága és terjedelmes műszert (több tömegspektrográfot) igényel, ezért csak kevés helyen alkalmazható. Ennek ellenére meggyőződésünk, hogy ez az új módszer nagy lökést ad majd a fehérje szerkezet és funkció kutatásának.

2. Autokatalitikus enzimreakciók vizsgálata

Az autokatalitikus folyamatok az élővilágban makroszkópikusan igen gyakran megfigyelhetőek. Tipikus autokatalitikus folyamat a szaporodás. Az utód létrehozásához az élőlényeknél egy vagy két szülőre (és természetesen tápanyagra, szubsztrátra) van szükség. Az autokatalitikus folyamatokat legkönnyebben jellegzetes térbeli mintázatukról ismerhetjük fel. Ha semmi zavaró körülmény nem jön közbe, akkor tipikusan gömb alakú (sík reakciók esetén kör alakú) reakciófrontok jönnek létre, melyek sugara az időben állandóan növekszik (lásd az ábrán). Az emberiség is hasonló módon hódította meg a Földet, az addig lakatlan területeket.

A hidrogenáz autokatalitikus reakciója
vékonyrétegben

Bár az élővilágban jellegzetes, de elemi reakciókban mégis ritkaság az autokatalitikus működés. Munkánk során ilyen autokatalitikus reakciókat vizsgálunk biomolekulákon, enzimeken.

Vizsgálataink alanya a hidrogenáz enzim, mely alacsonyabb rendű élőlényekben (prokariótákban, archeákban, stb. vulgárisan „bacikban”) fordul elő. Régi maradvány ez az enzim a „bacikban”, azt feltételezzük, hogy akkoriban alakult ki mikor a Föld légköre még „redukáló” volt, tehát nem volt benne oxigén, a légkört zömmel redukáló gázok, pl. hidrogén alkották. A hidrogenáz enzim igen egyszerű reakciót katalizál, a hidrogén gázt bontja el elektronokra és protonokra illetve, mint minden katalizátor, fordítva is működik, tehát protonokból és elektronokból hidrogén gázt tud készíteni. Az enzim vas és nikkel atomokat tartalmaz. Kutatócsoportunk felfedezése, hogy a hidrogenáz enzim reakciója autokatalitikus.

Továbbfejlesztés, hasznosítás, felhasználás

Az autokatalitikus folyamatok más elemi biológiai folyamatok esetében is megjelennek.

Autokatalitikus folyamatok játszanak szerepet az úgynevezett „prion” betegségek (kergemarhakór, Creutzfeldt-Jakob betegség, stb.) esetében is. Az autokatalízis kinetikai megfigyelése (hogyan játszódik le a folyamat, mi történik a folyamatok során) a prion fehérjék esetében igen nehéz. Mivel a hidrogenáz reakciója könnyen kezelhető, megfigyelhető, reméljük, hogy a megfigyeléséből kapott információk, az itt kifejlesztett mérési technikák a prion betegségek vizsgálata során is alkalmazhatók lesznek.

A hidrogenáz autokatalitikus reakciója biotechnológiai jelentőségű is. Abban ugyan nem hiszünk, hogy a hidrogenáz segítségével biológiai úton, ipari méretekben hidrogén gázt fogunk termelni, de a hidrogén gáz ipari felhasználásában (pl. a hidrogénnel működő tüzelőanyag cellákban) valószínűleg fontos szerepe lehet ennek az enzimnek. Kiválthatja az ott jelenleg egyeduralkodó platina és más nemesfém katalizátorokat, mert olcsóbb, könnyebben előállítható és nem kell bányászni, mivel a napenergia segítségével hozható létre. Használatához viszont feltétlenül tudnunk kell, hogyan működik.