La nouvelle installation permet de REP les études sur de minuscules cristaux de protéines

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Source: © Jason W Sidabras et al, l’AAAS

Le renforcement de l’EPR a été en mesure de révéler de nouvelles informations sur [FeFe]-hydrogénase une enzyme d’intérêt dans la recherche de l’énergie grâce à sa capacité à produire de l’hydrogène

Une de résonance paramagnétique électronique (RPE) méthode qui fonctionne avec nanolitre volume des cristaux pourrait en extraire de nouvelles informations sur les enzymes, sans la nécessité pour les grandes et difficiles à produire des cristaux. La technique, qui est basé sur un résonateur de la géométrie, peut être utilisé pour effectuer des expériences EPR, sur de très petits cristaux de protéines telles que celles couramment utilisé pour les rayons x cristallographie. La nouvelle installation permet à des études détaillées sur beaucoup plus de protéines que possible auparavant.

De nombreux processus biochimiques importants peuvent être étudiées à l’aide de l’EPR. La technique est particulièrement utile pour étudier les réactions enzymatiques, car elle peut fournir de précieuses informations sur la structure électronique du site actif. Dans un cadre typique de l’EPR de l’expérience, une gelée de solution de la biomolécule est placé dans une cavité micro-onde – un type de résonateur – mais la quantité d’information obtenue de cette manière est limité. Bien que monocristallin EPR expériences pourraient fournir plus de données, cette méthode est rarement appliquée aux systèmes de protéines en raison de difficultés dans la croissance des cristaux exploitables. Un grand nombre d’échantillons utilisées dans la cristallographie aux rayons x ont des dimensions dans l’0.05–0.3 mm gamme, mais les cristaux de cette taille sont trop petits pour être étudié à l’aide commerciale de l’EPR de spectromètres.

Des chercheurs en Allemagne ont maintenant trouvé un moyen d’augmenter la sensibilité de l’EPR expériences par un facteur allant jusqu’à 28 en remplacement de la cavité à micro-ondes classiques configurations avec un auto-résonance microhelix, qui se compose d’un petit étroitement enroulé ressort en fil d’argent. ‘On peut penser que c’est un objectif pour le flux magnétique qui est conçu pour maximiser le coefficient de remplissage pour de très petits échantillons”, explique Jason Sidabras à l’Institut Max Planck pour l’industrie Chimique de Conversion de l’Énergie. Dans une expérience EPR, l’échantillon interagit avec le flux magnétique et cela donne lieu à des le signal mesuré par l’instrument. “Si l’échantillon est trop petit, nous avons besoin d’une façon de concentrer le flux magnétique sur elle. Le microhelix cela très bien,’ Sidabras dit. “En raison de sa taille et de forme, il a une résonance électromagnétique de fréquence. Il est appelé “auto-résonance” parce que la fréquence de résonance est livré directement de la géométrie.’

L’équipe a testé la nouvelle méthode sur de minuscules cristaux de [FeFe]-hydrogénase une enzyme d’intérêt dans la recherche de l’énergie, car elle catalyse la production d’hydrogène à partir de protons et d’électrons. “Une caractéristique importante de ce système est appelé le g-tenseur,’ Sidabras dit. “Pour la première fois, nous avons mesuré cette quantité en [FeFe]-hydrogénase. Cela a obligé les expériences effectuées avec des cristaux de l’enzyme. De précédentes études ont utilisé de très grands cristaux – 1 mm ou plus et à long temps de mesure. Avec cette nouvelle configuration, les expériences qui permettraient de prendre des semaines, peut maintenant être effectuée en jours.’

“C’est vraiment une très bonne amélioration de la technologie”, explique Stefan Stoll de l’Université de Washington, états-unis, qui n’était pas impliqué dans l’étude. ‘Cristaux de protéines sont toujours très petites, et jusqu’à maintenant, l’EPR n’était pas assez sensible pour recevoir des signaux à partir de ces cristaux. Maintenant, c’est possible!”

Dimitri Svistunenko à l’Université d’Essex, royaume-UNI, est d’accord. ‘Une telle avance dans la méthodologie est particulièrement intéressant, car il permet concernant l’EPR de données pour la x-cristallographie des données obtenues sur le même lot de microcristaux. Cela permet de comprendre comment les enzymes de travail lors de la recherche à partir de différents points de vue”, dit-il.

Références

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