A térszerkezet hálójában(Fehérjék és biológiailag aktív molekulák szerkezetvizsgálata)
Perczel András
Eötvös Loránd Tudományegyetem, Kémiai Intézet,
1117 Budapest, Pázmány Péter sétány 1/A
perczel@chem.elte.huMa már természetesnek tűnik, hogy egyes fehérjék háromdimenziós térszerkezete adatbázisból hozzáférhető és felhasználható kísérleti eredmények értékeléséhez, illetve új kutatási irányok kijelöléséhez. Köztudott, hogy az ismert térszerkezetek száma évről évre egyre gyorsabban növekszik. E hatalmas iramú fejlődés alapjait még az ötvenes években rakta le többek között Max Perutz és John Kendrew, akiknek egyben kiemelkedő szerepük volt a fehérjekrisztallográfia megszületésében is. Korábban a fehérje-térszerkezetek döntő többségét röntgenkrisztallográfia segítségével határozták meg. A kilencvenes évektől azonban nemcsak abszolút értelemben, hanem arányaiban is egyre nagyobb az NMR-spektroszkópiai módszerekkel megoldott fehérjeszerkezetek száma. Az eljárás kidolgozásában Richard Ernst munkássága meghatározó volt, s ezért 1991-ben kémiai Nobel-díjjal tüntették ki. Alig több mint egy évtizeddel később, 2002-ben ismét egy NMR-es, ekkor Kurt Wüthrich kapta a kémiai Nobel-díjat. Az általuk megalapozott technikáknak egyre több olyan alkalmazása jelenik meg, amely új megvilágításba helyezi mindazt, amit a fehérjék és más biopolimerek térszerkezetéről korábban gondoltunk.
A röntgenkrisztallográfia és az NMR-spektroszkópia egymás kiegészítői és nem riválisai: különböző szerkezeti kérdések megválaszolásához eltérő esetekben használhatók fel. Míg a krisztallográfiai szerkezetfelderítés gyakran nem alkalmazható túlságosan kis molekulatömegű (< 10 kD) molekulák esetén, az NMR csak igen ritkán használható nagyobb molekulatömegű (> 50 kD) fehérjék térszerkezet-vizsgálatára. A legfontosabb különbség azonban az, hogy NMRspektroszkópiával oldatban tanulmányozhatjuk, akár molekulakomplexek konformációját és – nem mellékesen – ezek dinamikus viselkedését. Már az NMR-technikával végzett „rutin” szerkezetmeghatározás során is állandóan találkozunk a fehérjék, peptidek belső mozgásaiból, flexibilitásából adódó jelenségekkel. Bizonyos mérések – a molekula egyes atomjainak (N vagy C) relaxációs tulajdonságait (T1 és T2 relaxáció, heteronukleáris NOE) „lekérdező” technikák – segítségével pedig szinte atomi pontossággal fel is térképezhetjük a molekulák konformációs mozgásait. A kapott adatokból fontos következtetéseket lehet levonni a vizsgált fehérje viselkedésére nézve. NMR-spektroszkópiával azonosíthatók a fehérje–ligandum és a fehérje–fehérje kölcsönhatásokban részt vevő aminosavak, tanulmányozhatók a kötődéssel együtt járó konformációs változások. A modern, többdimenziós NMR-spektroszkópiai módszerek a fehérje-ligandum kölcsönhatás egyre mélyebb részleteibe engednek bepillantást.
Előadásomban a molekula-modellezéssel kiegészített NMR-spektroszkópia és röntgenkrisztallográfia néhány biokémiai szempontból is érdekes alkalmazásába nyújtok bepillantást. A korszerű eljárásokkal elérhető eredményeket számos biológiai és potenciálisan gyógyszerhatástani szempontból is érdekes példán mutatom be.