Je leest:

Enzym op heterdaad betrapt

Enzym op heterdaad betrapt

NWO-onderzoekers van de Vrije Universiteit Amsterdam hebben voor het eerst live het ‘aanzetten’ van een enzym gezien. Wetenschappers wisten al dat enzymen een ruststand en een actieve vorm hebben, maar de omschakeling van rust naar actief was nog nooit waargenomen. Het wetenschappelijk tijdschrift Nature publiceert de bevindingen deze week. De Nederlandse wetenschappers werkten samen met Britse collega’s.

Enzymen zijn eiwitten die reacties versnellen in mensen, planten, dieren en bacteriën. Grof gezegd: zonder enzymen is er geen leven. Enzymen kunnen van vorm veranderen. De werking van een enzym hangt af van zijn vorm. Wetenschappers bestuderen enzymen om meer te weten over het leven. Ook dienen enzymen als inspiratie voor het ontwerpen van kunstmatige katalysatoren.

Artists impression van de rol van een enzym (midden) bij een chemische reactie. De reagerende moleculen zijn weergegeven in de bekende chemische structuurformules. Enzymen zijn dermate complex dat de belangrijkste structuurelementen grafisch zijn weergegeven als spiralen, linten en dergelijke. Beeld: www.victorclaessen.nl

Stroboscoop

De vormverandering van een enzym gaat razendsnel. De start duurt maar een paar picoseconden. Een picoseconde is een biljoenste van een seconde (0,000.000.000.001 seconde). Om zo’n snelle actie te filmen, gebruiken de onderzoekers een filmcamera die nog sneller is. Deze filmcamera, een femtosecondenlaser, knippert als een stroboscoop in de disco, maar dan een biljard keer per seconde.

En om het nog ingewikkelder te maken: om de reacties te starten, gebruiken de onderzoekers ook laserlicht. In totaal gaat het om vier lichtpulsen. Een sterke puls 1 om het begin van de reactie te starten. Een zwakke puls 2 om het effect van puls 1 te bekijken. Een sterke puls 3 om het vervolg van de reactie in gang te zetten. Een zwakke puls 4 om het effect van puls 3 te bekijken.

Onderzoeksleider Marloes Groot bij de laseropstelling. Klik op het plaatje voor een grotere versie. Beeld: VU/Marloes Groot

De onderzoekers volgden het door licht aangedreven enzym POR. In het donker brachten ze bijna alle stoffen bij elkaar die bij de reactie een rol spelen. Alleen licht ontbrak. Vervolgens startten de wetenschappers de reactie met een laserlichtpuls van vijftig femtoseconden. Vlak daarna bekeken de biofysici met een zwakke laserpuls de ultrasnelle start van de vormverandering.

De onderzoekers zagen dat het eerste lichtdeeltje voor de vormverandering van het enzym zorgde. Een tweede lichtdeeltje was nodig om de overdracht van twee protonen en twee elektronen te starten. Dit alles gebeurde binnen een paar biljoensten van een seconde.

Links het enzym POR (NADPH:protochlorophyllide oxidoreductase), dat betrokken is bij de aanmaak van chlorofyl. Chlorofyl is het groene pigment dat in planten voor de fotosynthese zorgt. POR katalyseert de reductie van een dubbele C=C binding in de voorloper van het chlorofylmolecuul. Het enzym vormt daartoe een complex met het te reduceren protochlorophyllide en NADPH, een energierijk molecuul dat de donor is van twee elektronen en één van de protonen. Deze reactie is rechts weergegeven. Klik op het plaatje voor een grotere versie. Beeld: VU/Marloes Groot

Structurele verandering

Eerder was door andere onderzoekers vastgesteld dat enzymen kunnen wisselen tussen verschillende structuren en dat enzymen soms actief zijn en soms inactief. De waarnemingen van de Amsterdamse onderzoekers verbinden deze theorieën. Ze laten zien dat het enzym aanvankelijk inactief is en door een structurele verandering actief wordt.

Een interessante toepassing van deze vinding is dat een POR-achtig enzym gebruikt kan worden om met behulp van licht heel gericht een signaal te genereren of een gen aan of uit te zetten.

De onderzoekers van de VU zijn afkomstig van het Lasercentrum van de faculteit Exacte Wetenschappen. Het onderzoek werd financieel gesteund door de NWO-gebieden Aard- en Levenswetenschappen en Chemische wetenschappen.

Dit artikel is een publicatie van Nederlandse Organisatie voor Wetenschappelijk Onderzoek (NWO).
© Nederlandse Organisatie voor Wetenschappelijk Onderzoek (NWO), alle rechten voorbehouden
Dit artikel publiceerde NEMO Kennislink op 18 december 2008

Discussieer mee

0

Vragen, opmerkingen of bijdragen over dit artikel of het onderwerp? Neem deel aan de discussie.

NEMO Kennislink nieuwsbrief
Ontvang elke week onze nieuwsbrief met het laatste nieuws uit de wetenschap.