Ученые раскрыли две ранее неизвестные стадии биосинтеза пенициллина

Исследователи Оксфордского университета выявили две ранее неизвестные промежуточные стадии ферментативной реакции, лежащей в основе биосинтеза пенициллина. Используя синхротронное излучение, ученые проследили взаимодействие фермента изопенициллин-N-синтазы (IPNS) с его исходным субстратом. Полученные результаты могут помочь в совершенствовании методов получения бета-лактамных антибиотиков.

Фермент IPNS катализирует превращение трипептида ACV — короткой цепочки из трех аминокислотных компонентов — в изопенициллин N. В ходе этой реакции формируется характерное для пенициллинов двухкольцевое ядро, включающее бета-лактамное и тиазолидиновое кольца. Изопенициллин N служит предшественником в биосинтезе пенициллинов и цефалоспоринов.

Несмотря на многолетнее изучение этого процесса, отдельные этапы ферментативной реакции оставались недостаточно понятными. Чтобы проследить их последовательность, исследователи использовали ленту с большим количеством однотипных кристаллов, содержащих IPNS и ACV. Контакт с кислородом запускал реакцию, а перемещение ленты через пучок синхротронного излучения позволяло получать структурные данные на разных этапах превращения субстрата.

Такой подход дал возможность составить своеобразную молекулярную «кинопленку». Ученые обнаружили две ранее неизвестные промежуточные стадии образования бета-лактамного кольца и установили важную роль молекул воды, проникающих в активный центр фермента. Таким образом, исследование было проведено на кристаллах фермента и его субстрата, а не непосредственно в живых клетках.

«Пенициллин является одним из составляющих фундамента современной медицины, однако до настоящего времени мы не до конца понимали, как природа синтезирует этот важный антибиотик. Раскрытие ранее неизвестных стадий его синтеза существенно расширило наше понимание того, как ферменты управляют сложными химическими процессами с удивительно высокой точностью», — отметил профессор Оксфордского университета Кристофер Шофилд.