Ферменты, жизненно важные для жизни, адаптируются к температуре окружающей среды. Экстремофилы, процветающие в экстремальных условиях, обладают ферментами с уникальными адаптациями. Исследование, опубликованное в Protein Science, использовало реконструкцию предковых последовательностей (ASR) для изучения 3-изопропилмалатдегидрогеназы (IPMDH), фермента, участвующего в биосинтезе лейцина.
Команда профессора Сатоши Аканумы из Университета Васэда реконструировала 11 предковых ферментов IPMDH, чтобы проследить его эволюцию. Исследование выявило значительное увеличение каталитической активности при 25 °C между пятым и шестым предковыми ферментами. Сайт-направленный мутагенез выявил ключевые замены аминокислот, удаленные от активного сайта, повышающие активность при более низких температурах.
Молекулярно-динамическое моделирование показало, что шестой предковый фермент (Anc06) может принимать частично закрытую конформацию, снижая энергию активации. Этот переход, произошедший 2,5–2,1 миллиарда лет назад во время Великого оледенения, предполагает, что глобальное похолодание стимулировало адаптацию ферментов.
ASR помогает выявлять мутации, повышающие эффективность ферментов, предоставляя информацию об эволюционном ответе жизни на изменения окружающей среды. Эти результаты имеют потенциальное применение в биотехнологии, фармацевтике и науках об окружающей среде.