De nieuwe installatie maakt het EPR-studies op kleine eiwit kristallen

0
5

Bron: © Jason W Sidabras et al/AAAS

De verbeterde EPR in staat was om te onthullen nieuwe informatie over [FeFe]-hydrogenase – een enzym dat van belang in energie-onderzoek dankzij de mogelijkheid om waterstof te produceren

Een elektronen paramagnetische resonantie (EPR) is een methode die werkt met nanolitre volume kristallen kunnen plagen uit nieuwe informatie over enzymen zonder de noodzaak voor grote en moeilijk om te groeien van kristallen. De techniek, die is gebaseerd op een speciale resonator geometrie, kan worden gebruikt voor het uitvoeren van EPR-experimenten op zeer kleine eiwitten kristallen zoals die vaak worden gebruikt voor de x-ray kristallografie. De nieuwe opzet maakt gedetailleerde studies over veel meer eiwitten dan voorheen mogelijk was.

Veel belangrijke biochemische processen kunnen worden onderzocht met behulp van de EPR. De techniek is in het bijzonder nuttig bij het bestuderen van enzym reacties, omdat het waardevolle informatie kan geven op de elektronische structuur van de actieve site. In een typische EPR-experiment, een bevroren oplossing van de biomolecule is geplaatst in een magnetron holte – een type van de resonator – maar de hoeveelheid informatie die op deze wijze verkregen wordt beperkt. Hoewel de single-crystal EPR-experimenten kunnen zorgen voor meer gegevens, wordt deze methode zelden wordt toegepast om proteïnen-systemen, omdat van uitdagingen in een groeiende geschikt kristallen. Veel samples gebruikt in de x-ray kristallografie dimensies hebben in het 0.05–0.3 mm bereik, maar de kristallen van deze omvang te klein zijn om te worden bestudeerd met behulp van commerciële EPR-spectrometers.

Onderzoekers in Duitsland hebben nu een manier gevonden om het verhogen van de gevoeligheid van het EPR-experimenten met een factor van maximaal 28 door het vervangen van de magnetron holte van conventionele installaties met een self-resonante microhelix, die bestaat uit een klein strak opgerolde veer gemaakt van zilver draad. ‘Men kan het zien als een lens voor de magnetische flux die is ontworpen voor het optimaliseren van de vulling factor voor zeer kleine monsters,’ zegt Jason Sidabras aan het Max Planck Instituut voor Chemie-Energie-Conversie. In een EPR-experiment, het voorbeeld van de interactie met de magnetische flux en dit geeft aanleiding tot het gemeten signaal door het instrument. ‘Als de steekproef is te klein, we hebben een manier nodig om de focus van de magnetische flux op. De microhelix doet dit heel goed,’ Sidabras zegt. ‘Door de grootte en de vorm, het heeft een specifieke elektromagnetische resonantie frequentie. Het is een zogenaamde “self-resonantie” omdat de resonerende frequentie komt rechtstreeks van de geometrie.’

Het team testte de nieuwe methode op kleine kristallen van [FeFe]-hydrogenase – een enzym dat van belang in energie-onderzoek, omdat het katalyseert de productie van waterstof uit protonen en elektronen. ‘Een belangrijk kenmerk van dit systeem is de zogenaamde g-tensor,’ Sidabras zegt. ‘Voor de eerste keer, we hebben dit gemeten hoeveelheid in [FeFe]-hydrogenase. Dit vereist van de experimenten worden uitgevoerd met enkele kristallen van het enzym. Eerdere studies gebruikte zeer grote kristallen – 1 mm of groter en lange meting keer. Met deze nieuwe opzet, experimenten dat zou weken kunnen nu worden uitgevoerd in dagen.’

‘Dit is echt een leuke technologische vooruitgang,’ zegt Stefan Stoll van de Universiteit van Washington in de verenigde staten, die niet betrokken was bij de studie. ‘Kristallen van eiwitten zijn altijd klein, en tot nu EPR was niet gevoelig genoeg is om de signalen van deze kristallen. Nu, dit is mogelijk!’

Dimitri Svistunenko aan de Universiteit van Essex, ENGELAND, is het ermee eens. ‘Een dergelijk vooraf in de methode is bijzonder veelbelovend omdat het mogelijk maakt met betrekking EPR gegevens op de x-kristallografie gegevens verkregen op dezelfde batch van microkristallen. Dit helpt om te begrijpen hoe enzymen werken als ze vanuit verschillende perspectieven,’ zegt hij.

Referenties

J W Sidabras et al, Sci. Adv., 2019, 5, eaay1394 (DOI: 10.1126/sciadv.aay1394)