Aktuální číslo:

2020/7

Téma měsíce:

Klimatické změny

Připraven enzym fungující při 100 °C

 |  5. 11. 1998
 |  Vesmír 77, 606, 1998/11

V biotechnologii byla v posledních letech věnována velká pozornost enzymům z extremofilních organizmů, které si zachovávají stabilitu i katalytickou funkci při vysokých teplotách. Tyto enzymy nacházejí významné využití v průmyslu, např. při výrobě pracích prostředků.

Běžné enzymy jakožto bílkoviny denaturují již při teplotách nad 50–60 °C. Jejich molekuly, za normální teploty přesným způsobem svinuté, se rozvíjejí v neuspořádaná klubka, která mají velkou tendenci se spojovat až k vytvoření sraženiny vypadávající z roztoku. Celý proces je provázen ztrátou funkce a je obvykle nevratný.

Z termofilních mikroorganizmů byly izolovány enzymy funkční a stabilní při teplotách, v nichž tyto organizmy žijí, tedy při 70–90 °C. Jejich makromolekuly jsou přitom vystavěny podle stejných principů jako u jiných bílkovin a liší se od svých termolabilních příbuzných jen malým počtem „konstrukčních změn“ stabilizujících prostorovou strukturu. Pochopení podstaty těchto změn již pokročilo natolik, že je možno je využít k přípravě nových enzymů s žádanými vlastnostmi. Tak postupoval Van den Burg se spolupracovníky z Nizozemí, Německa a Norska (Proceedings of the National Academy of Sciences, USA 95, 2056, 1998). Autoři vyšli z proteolytického (bílkoviny štěpícího) enzymu „TLP-ste“ Bacillus stearothermophilus, který je středně termostabilní a štěpí kasein nejlépe při teplotě 74 °C. Porovnáním s příbuzným enzymem termolyzinem, který je při 80 °C více než desetkrát stabilnější, vytipovali malou oblast na povrchu molekuly, jejíž vlastnosti jsou pro stálost za vysoké teploty nejvýznamnější. V této oblasti o délce čtrnácti aminokyselin naplánovali na základě studia modelů a srovnání s termolyzinem osm změn v pořadí aminokyselin (mutací). Z osmi změn pět napodobovalo strukturu termolyzinu, další tři zahrnovaly vznik disulfidové vazby, která jako můstek pevně spojuje sousední části molekuly. K jejich provedení použili metody genového inženýrství, při nichž se část genu kódující žádanou řadu aminokyselin syntetizuje uměle chemickou cestou a vloží se pak do přírodního genu výměnou za původní sekvenci v daném místě. Mikroorganizmus se změněným genem produkuje změněnou bílkovinu (enzym). Ačkoli změna postihla jen osm z více než tří set aminokyselin enzymu TLP-ste, byly důsledky značné. Upravený enzym měl optimální teplotu štěpení bílkovin 95 °C, byl schopen fungovat při teplotě varu vody a ztratil zde polovinu své aktivity až za 170 minut. Termolyzin přitom při 100 °C úplně denaturuje během několika minut, a původní enzym TLP-ste dokonce po desítkách vteřin. Je zajímavé, že změny nesnížily schopnost enzymu štěpit bílkoviny při nižších teplotách (37 °C). Oproti původnímu enzymu se také mnohonásobně zvýšila odolnost enzymu k detergentům, což obojí je významné pro případné průmyslové využití. Popsaná práce je pěknou ukázkou toho, jak stále rostou schopnosti genového inženýrství připravovat nové, v přírodě se nevyskytující bílkoviny s výhodnějšími vlastnostmi.

Ke stažení

OBORY A KLÍČOVÁ SLOVA: Molekulární biologie

O autorovi

Jiří Kunert

Doc. RNDr. Jiří Kunert, DrSc., (*1938) vystudoval biologii a chemii na Přírodovědecké fakultě MU v Brně. Na Ústavu biologie LF UP vyučuje obecnou biologii, dále se zabývá lékařskou mykologií, fyziologií a biochemií hub.

Doporučujeme

O mariánském sloupu, který se nevrátil na Staroměstské náměstí

O mariánském sloupu, který se nevrátil na Staroměstské náměstí

Eliška Fulínová  |  18. 7. 2020
Instalace neúplné kopie mariánského sloupu na pražské Staroměstské náměstí přišla ironií osudu ve zjitřené době, kdy se na různých místech po...
Na staré zkušenosti nezapomínejme

Na staré zkušenosti nezapomínejme

Eva Bobůrková  |  13. 7. 2020
Vladimír Vonka je uznávaný virolog v Česku i ve světě. Ač brzy oslaví devadesáté narozeniny, stále se věnuje vědě, konkrétně vývoji...
Komu se nelení…

Komu se nelení…

Petr Pokorný  |  13. 7. 2020
Jsou-li nějaké změny příliš pomalé, lidé je v subjektivním čase svých životů skoro nevnímají. Stačí se ale podívat na staré krajinomalby či...

Předplatným pomůžete zajistit budoucnost Vesmíru

Tištěná i elektronická
verze časopisu
Digitální archiv
od roku 1994
Speciální nabídka
pro školy a studenty

 

Objednat předplatné