Trypsine.

In Nijmegen is een methodiek bedacht om biochemische klokreacties te ontwerpen op de tekentafel. Waarbij het knippertempo nog instelbaar is ook, belooft een publicatie in Nature Chemistry.

Zulke oscillerende reacties komen in levende cellen heel vaak voor. Ze zijn bijvoorbeeld nodig om de oogfunctie (X beelden per seconde!), het metabolisme of de celdeling te ‘timen’. Gewoonlijk maken ze deel uit van complexe netwerken van chemische reacties (in Nijmegen afgekort tot CRN’s) waar grote aantallen enzymen én kleine moleculen bij betrokken zijn. Uiteraard zijn de hoeveelheden voortdurend ver verwijderd van de evenwichtsconcentratie, anders kon er niets meer knipperen.

De biochemie heeft inmiddels een aardig idee van de manier waarop zulke CRN’s werken, maar er zelf eentje ontwerpen in vitro was tot nu toe andere koek.

Sergey Semenov, Wilhelm Huck en collega’s presenteren nu een modulaire aanpak om dit voor elkaar te krijgen, uitgaand van redelijk goed bekende componenten.

Als voorbeeld schetsen ze een CRN dat oscilleert dankzij een afwisseling van uitgestelde negatieve feedback, en een positief feedbacksignaal dat veel sneller opereert. Het gebruikte enzym is trypsine. De positieve feedback bestaat uit de zichzelf katalyserende vorming van deze aminozuurketen-afbreker uit het inactieve voorstadium trypsinogeen.

De negatieve lus ontstaat dus door het trypsine in samenwerking met een tweede enzym (aminopeptidase M) een korte aminozuurketen te laten afbreken. Aan die keten hangt 4-(2-aminoethyl)benzeensulfonylfluorideen, een klein molecuul over dat de activiteit van trypsine remt zodra het vrij komt. In die tweede lus zitten genoeg variabelen om eenvoudig het tempo te kunnen instellen.

Wat op deze manier dus gaat knipperen, is de concentratie van actief trypsine. Het is al gelukt om dit systeem in te bouwen in een microreactor: je voert continue stromen trypsinogeen, aminopeptidase en de combinatie van aminozuren en het fluoride in (plus een heel klein beetje trypsine om de omzetting van trypsinogeen te katalyseren) en er komt een oscillerende hoeveelheid actief trypsine uit. Het systeem is inmiddels stabiel genoeg om minstens 6,5 uur te blijven functioneren.

Volgende stap is om met die trypsine een volgende microreactor te voeden en zo het tempo van een volgend CRN aan te sturen. Zoiets is ook al gelukt. Het tweede CRN kan dan van nature wél een evenwichtsproces zijn, waarbij de trypsine-aanvoer het evenwicht heen en weer laat schuiven.

bron: RU, Nature Chemistry