Уведомления
Авторизуйтесь или зарегистрируйтесь, чтобы оценивать материалы, создавать записи и писать комментарии.
Авторизуясь, вы соглашаетесь с правилами пользования сайтом и даете согласие на обработку персональных данных.
Ученые выяснили, как химозин марала сворачивает молоко
Химозин — это фермент, который сворачивает молоко и потому используется сыроделами. Такой белок имеется не только у коров, но и у других млекопитающих. В новом исследовании ученые МФТИ вместе с коллегами установили структуру химозина из марала. Оказалось, олений фермент имеет ряд уникальных свойств, которые открывают перспективы его использования в пищевой промышленности и биотехнологии. Огромное разнообразие белков проявляется как на уровне структуры, так и в специфических функциях. В случае ферментов это обеспечение разных химических реакций. Важно, что и пространственное строение, и работу белков в конечном счете определяет только их последовательность аминокислот.
Все это справедливо и в случае химозинов — белков с большим хозяйственным значением. Они нужны для производства сыра и других молочных продуктов, которое требует предварительного свертывания молока. Это процесс по сути коагуляции молочных белков, приводящей к изменению формы их молекул и выпадению в осадок.
Химозин — это сычужный фермент, который синтезируется у большинства видов млекопитающих. Слизистая оболочка их желудка исходно выделяет неактивный профермент размером 365 аминокислотных остатков. В кислой среде желудочного сока он теряет фрагмент размером 42 аминокислоты, превращаясь в зрелый и активный химозин. Фермент начинает образовываться еще до рождения животного, а его синтез останавливается, когда молодое млекопитающее прекращает питаться молоком и переходит на более «взрослую» пищу.
Более того, химозины различных животных — ценная модель для изучения особой группы ферментов, которую они представляют (аспартатных пептидаз). Несмотря на сходство последовательности и трехмерной структуры, у разных млекопитающих эти ферменты сильно отличаются по ферментативной активности. Чтобы это объяснить, ученые рассмотрели, как химозины разных видов разрушают молочные белки — как «свои собственные», так и из других организмов. Результаты опубликованы в International Journal of Biological Macromolecules.
В случае коровьего молока около 80% его белков — это кодируемые отдельными генами αs1-, αs2-, β- и 𝜅-казеин (каппа-казеин). Именно последний стабилизирует мицеллы — взвешенные в молоке капли, содержащие белки. Поэтому расщепление каппа-казеина — ключевой этап сворачивания молока, без которого невозможно получить молочные продукты.
В новой работе ученые обратили внимание на химозин алтайского марала (Cervus elaphus sibiricus) — крупного оленя, широко распространенного в Азии. Используя генную инженерию, исследователи получили рекомбинантный химозин. Фермент закристаллизовали и получили его точную структуру с помощью рентгеновского излучения. Для сравнения использовали данные о химозинах коровы и одногорбого верблюда.
Активность белка оценили благодаря хромато-масс-спектрометрии, а также при помощи его инкубации вместе с субстратами (т. е. целевыми молекулами, которые химозин должен избирательно расщеплять). В этой роли использовали фрагменты каппа-казеина из молока разных видов — самого марала, коровы и верблюда.
Оказалось, что в случае маральего и коровьего казеина химозин марала разрушает связь F105-M106, тогда как в верблюжьем казеине (который фермент в природе никогда не «встречает») — связь F97-I98. Между тем сравнение трехмерной структуры трех белков показало, что взаиморасположение остатков аминокислот в них почти идентично.
Далее впервые полученная в исследовании структура химозина марала была использована для компьютерного моделирования. Ученые провели белок-белковый докинг, который описывает взаимодействия молекул между собой, а также использовали молекулярную динамику. Удалось выяснить, как активный центр фермента взаимодействует с синтетическими белками-субстратами из молока того же марала, коровы и верблюда.
Помимо практической значимости для сыроварения, новое исследование представляет и другой интерес. Во-первых, это реконструкция эволюции млекопитающих и, в частности, их кодирующих химозин генов. Имевшиеся прежде в распоряжении биологов данные о белках крупного рогатого скота и верблюдов не давали полной картины молекулярной эволюции. Ее дополнил результат изучения химозина алтайского марала — обитателя совсем других экосистем. Он проливает свет на изменения пищеварительных ферментов в зависимости от факторов окружающей среды.
Более того, исследование также предложило новый подход, с помощью которого можно понять общие механизмы взаимодействия химозина с каппа-казеином. Он применим к другим видам животных и будет полезен для выявления структурных особенностей биомолекул, которые делают возможными эти ферментативные реакции. Такие знания необходимы для решения биоинженерных задач: создания новых молекул химозина, имеющих оптимальные свойства не только для производства сыра, но и для получения биологически активных пептидов, участия в отдельных биологических процессах и т. д.
«Нами, совместно с коллегами из Новосибирска, Уфы, Барнаула, Кольцово и Центра синхротронного излучения «СКИФ», была получена и описана трехмерная структура рекомбинантного химозина алтайского марала. В статье также проведен биохимический анализ его каталитических свойств и показаны результаты молекулярного моделирования реакции катализа. Рекомбинантный или, другими словами, биотехнологический химозин во всем мире используется для производства сыра. Однако в России его не выпускают. Мы надеемся, что наша работа в дальнейшем поможет создать «идеальный» химозин c комплексом технологических свойств, ценных для сыроделия, а также лучше понять механизмы каталитического действия разных химозинов из разных видов млекопитающих», — отметил Михаил Шевцов, старший научный сотрудник лаборатории структурной биологии рецепторов, сопряженных с G белком Центра исследований молекулярных механизмов старения и возрастных заболеваний МФТИ.
Telegram 
Дзен 
VK Термоядерные электростанции не смогут конкурировать по цене с возобновляемыми источниками энергии из-за медленного удешевления технологии. По расчетам, расходы на каждую новую установку падали максимум на 8% — много раз ниже ранних ожиданий венчурных инвесторов. Это перечеркивает экономический смысл финансовых вливаний, и мир может никогда не увидеть дешевой термоядерной энергии.
Когда королева — единственная размножающаяся самка в колонии голых землекопов — теряет фертильность или умирает, между остальными самками начинается кровавая битва за престолонаследие. Однако в одной колонии этого не случилось: ушедшая на покой королева мирно и без кровопролития передала власть дочери, чего ученые прежде никогда не видели.
Ветер на спутнике Сатурна Титане способен поднимать огромные волны, даже если он очень слабый. Эти волны формируют берега, переносят осадки, перемешивают жидкости и даже влияют на климат луны. Изучая их, планетологи могут понять, как устроены потенциально обитаемые миры за пределами Земли.
Термоядерные электростанции не смогут конкурировать по цене с возобновляемыми источниками энергии из-за медленного удешевления технологии. По расчетам, расходы на каждую новую установку падали максимум на 8% — много раз ниже ранних ожиданий венчурных инвесторов. Это перечеркивает экономический смысл финансовых вливаний, и мир может никогда не увидеть дешевой термоядерной энергии.
За последние 10 тысяч лет направленный естественный отбор способствовал эволюции почти 500 генов в ДНК жителей Западной Евразии, что повлияло на их внешний вид и восприимчивость к различным заболеваниям, установили авторы нового исследования.
Ученые продолжают исследовать фундаментальные частицы на неделимость. На этот раз на БАК исследовали кварки и не нашли у них признаков составной частицы.
Четыре человека, летящие к Луне, столкнулись с целым рядом мелких неприятностей — от низкой температуры в начале работы до поломки мочевыводящей системы туалета на вторые сутки и необходимости взамен пользоваться пакетами. К счастью, пока самые крупные сложности удалось компенсировать. Но все они вместе могут сдвинуть ситуацию к решению, о котором Naked Science уже говорил в нашем видеоподкасте о миссии: не исключено, что при высадке астронавтов на Луне их корабль состыкуют со Starship не на окололунной, а уже на околоземной орбите.
Когда международная экспедиционная группа, исследующая море Уэдделла в Антарктиде на борту ледокола «Поларштерн», попыталась укрыться от шторма, ученые и экипаж судна удивились внезапному появлению острова, не обозначенного ни на одной морской карте.
Окаменелые остатки рептилии возрастом 289 миллионов лет сохранили полное анатомическое устройство грудной клетки ранних покорителей суши. Благодаря нетронутым хрящам исследователи реконструировали механику первого полноценного реберного дыхания. Наличие в тканях оригинальных белков подтвердило, что сложные органические молекулы способны сохраняться в палеонтологической летописи почти на 100 миллионов лет дольше, чем считалось.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Что-то в вашем комментарии показалось подозрительным, поэтому перед публикацией он пройдет модерацию.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно