Исследователи из Свободного университета Берлина, Технического университета Граца и Технологического института Джорджии выяснили, как растительный фермент приобрёл способность различать две зеркальные формы борнеола. В лабораторных опытах одной замены в активном центре оказалось недостаточно: высокая избирательность возникла, когда к ней добавили ещё три изменения в других участках белка. Работа опубликована 14 августа 2026 года в журнале Nature Communications.

Одной мутации не хватило

Команда восстановила предполагаемые последовательности древних ферментов на основе эволюционного дерева, построенного по 97 растительным последовательностям. Затем исследователи синтезировали белки и сравнили два варианта: N30, который слабо различал формы борнеола, и более поздний N32 с высокой избирательностью.

В последовательностях N30 и N32 различались 19 аминокислот, но только одна из этих замен находилась в активном центре, где происходит реакция. Внесённая в N30 замена L111I примерно удвоила избирательность, однако её показатель составил 21. Чтобы превысить 200, понадобились ещё три изменения: V136L, G169A и V183I. По отдельности или в парах эти удалённые замены такого результата не давали.

Борнеол существует в двух зеркальных формах, похожих на левую и правую перчатки: они почти одинаковы, но не совпадают при наложении. Фермент помогает превратить борнеол в камфору. Представим, что активный центр похож на ладонь, которая удерживает молекулу, а окружающие участки белка влияют на её положение. Это только условное сравнение. Исследователи измеряли активность настоящих вариантов фермента.

Компьютерные расчёты помогли объяснить, как изменения за пределами активного центра могут влиять на реакцию. По моделированию, дело было не в крупной перестройке белка: одна форма борнеола дольше оставалась в положении, подходящем для реакции. Обычные статические модели не объясняли различие между формами. Для вывода о динамике исследователи использовали специальные расчёты взаимодействия белка и молекулы.

Реконструированная последовательность мутаций показывает правдоподобный путь к высокой избирательности, но не доказывает, что эволюция шла именно так. Получить кристаллические структуры удалось для N32 и N39, но не для комплексов фермента с борнеолом. В кинетических опытах учёные также не смогли насытить фермент субстратом из-за низкой растворимости борнеола, поэтому приводили кажущиеся значения Km.

Работа показывает, что свойства фермента могут зависеть от сочетания изменений в разных частях белка, а не только от того, что происходит непосредственно в активном центре. Это знание может пригодиться при разработке ферментов для химического производства, но готовую промышленную технологию исследование не демонстрирует. Подробнее о подготовке научных статей.

Схема лабораторных изменений N30: замена L111I и три изменения в удалённых участках белка в сочетании дали высокую избирательность к зеркальным формам борнеола.

Фото: Tara Winstead / Pexels