כימאים מהולנד גילו כי אנזים בעל מבנה יחיד במינו שמעולם לא נצפה, אכן קיים במציאות: שני מבני טבעת השלובים זה בזה, בצורה המכונה בשם קטאננים (catenanes). ממצאי המחקר פורסמו בכתב-העת המדעי Chemical Communications.
כימאים מהולנד גילו כי אנזים בעל מבנה יחיד במינו שמעולם לא נצפה, אכן קיים במציאות: שני מבני טבעת השלובים זה בזה, בצורה המכונה בשם קטאננים (catenanes). ממצאי המחקר פורסמו בכתב-העת המדעי Chemical Communications.
המיקרוביולוג Mike Jetten מהאוניברסיטה ההולנדיתRadboud University Nijmegen הוא מומחה באיתור חיידקים וחיידקים קדומים (archea) חדשים המבצעים תגובות כימיות יוצאות דופן. בשנת 2011 הוא גילה חיידק קדום ראשוני בבוצות וולקניות שמקורן בהרי-געש באיטליה הפולטים מימן גופרתי (H2S) ופחמן דו-חמצני (CO2) כתוצאה מתגובה עם פחמן דו גופרתי (CS2) ובנוכחות האנזים פחמן דו גופרתי הידרולאזה (CS2hydrolase). ניתוח מבני חשף כי האנזים מורכב משתי צורות: מבנים של טבעת יחידה ומבנים של שתי טבעות השלובות זו בזו, במבנה כללי המכונה hexadecamericcatenanes.
הטבעות השלובות מיוחדות מאוד – מבנה החלבון הנעול שלהן, המבוסס על אינטראקציות לא-קוולנטיות חלשות, מעולם לא נראה בביולוגיה. זו הסיבה בגינה החוקרים היו צריכים בתחילה לבחון אם אכן מבנים אלו קשורים זה בזה או שאולי אלו שתי טבעות חופשיות המשתלבות זו בזו באופן אקראי מדי פעם בפעם. כימאית מקבוצת המחקר הייתה אחראית לבדוק אם השתלבות זו אכן קבועה ואמיתית, או אקראית ומזדמנת.
“באמצעות המסת האנזים יכולנו לבדוק את היחס בין כמות הטבעות היחידות לבין כמות הטבעות הכפולות בריכוזים נמוכים. אם הטבעות הכפולות אכן היו אירוע מזדמן ואקראי לא היינו מצפים למצוא אותן בתוך תמיסות בעלות ריכוזים נמוכים מאחר והסיכוי להשתלבות אקראית יחדיו של הטבעות הוא מאוד קטן. מצאנו כי היחס היה קבוע בכל הריכוזים השונים, ממצא המוכיח כי הטבעות המשולבות אכן מהוות מבנה קבוע ולא מזדמן. את הבדיקה הזו ביצענו בעזרת שלוש שיטות שונות: כרומטוגרפיה המבוססת על גודל המולקולות, פיזור אור לייזר רב-זוויתי וספקטרומטריית מסות.” שלוש השיטות הנפרדות מחזקות את הממצאים שהתקבלו בכל אחת מהשיטות וכעת החוקרים יודעים בוודאות: הטבעות המשולבות אכן קיימות.
“יש בידנו מערך חלבוני יוצא דופן,” אומר החוקר הראשי. בעשורים הקודמים כימאים רבים בדקו בדקדקנות אם אכן קיימות מולקולות קטנות בצורת קטאננים, אולם אנו יזמנו מחקר על אודות קטאננים ביולוגיים נדירים במיוחד. למעשה, אין אף מאמר בנושא זה, ולכן קיימות שאלות בסיסיות רבות שעדיין מחכות לפתרון. כעת, אנו מנסים להבין מדוע אמא טבע בחרה דווקא במבנה ייחודי זה. ייתכן שמבנה זה התפתח במהלך האבולוציה הביולוגית או שהוא בעל יתרונות מסוימים בהשוואה למבני אנזימים אחרים מבחינת קצב הזירוז שלו ויציבותו. יחד עם זאת, ייתכן שזהו פשוט צירוף מקרים כימי. אנו מעוניינים להבין זאת באמצעות בחינה מדוקדקת עוד יותר של מבנה הטבעות הכפולות.”
הידיעה על המחקר
