Ученые из Потсдамского университета и Университета имени Гумбольдта в Берлине впервые детально изучили работу древнего фермента CODH/ACS, который играет ключевую роль в бескислородном метаболизме. Используя криоэлектронную микроскопию высокого разрешения, они смогли зафиксировать, как этот ферментный комплекс двигается во время химических реакций и контролирует их последовательность.

Криоэлектронная микроскопия (крио-ЭМ) — метод, который позволяет изучать структуру молекул, быстро замораживая их до сверхнизких температур. Это как моментальный снимок белков или вирусов в их естественном состоянии, но с разрешением, достаточным, чтобы разглядеть отдельные атомы.

CODH/ACS — это настоящий долгожитель среди ферментов. Он существует более 3,5 миллиардов лет и до сих пор работает в микробах, обитающих в болотах или кишечнике животных. Его главная задача — превращать углекислый газ в ацетил-КоА, важную молекулу для жизни. Ученые давно подозревали, что эффективность этого процесса связана с особыми металлическими кластерами (никель-железо), но как именно они работают, оставалось загадкой.

С помощью крио-ЭМ удалось заснять шесть промежуточных состояний фермента.

Результаты опубликованы в издании Nature Catalysis.

Наши снимки настолько четкие, что видно, как меняется структура активного центра при связывании разных молекул, — объясняет Якоб Руикхольдт, ведущий автор исследования.

Оказалось, что CODH/ACS не просто пассивно пропускает через себя вещества, а активно управляет процессом, подстраиваясь под каждый этап реакции. Это предотвращает ошибки и потерю промежуточных продуктов.

Это важно, потому что такой механизм можно использовать для создания биотоплива из CO₂. Если воспроизвести его в промышленных масштабах, человечество получит экологичный способ переработки парниковых газов.

Этот фермент — природный «мастер переработки» CO₂, и если научиться его воспроизводить или усиливать, можно:

• Снизить выбросы углекислого газа, превращая его в полезные соединения.
• Создать биотопливо без использования ископаемого сырья.
• Улучшить синтез органики в промышленности, сделав его более дешевым и экологичным.

Исследование дает потрясающую детализацию, но пока не ясно, насколько устойчив этот механизм вне природных условий. Фермент работает в строго определенной среде, и попытка масштабировать процесс может столкнуться с непредвиденными сложностями — например, с потерей эффективности при изменении температуры или кислотности.

Ранее ученые выяснили, как крошечный фермент кроит тРНК.