Dankzij één enkele mutatie beschikken peulvruchten over twee syntheseroutes voor tyrosine in plaats van één. En nu we dat weten kunnen we de tyrosineproductie van andere plantensoorten flink gaan opvoeren, suggereren Hiroshi Maeda en collega’s van de University of Wisconsin-Madison in Nature Chemical Biology.

Dat tyrosine is een van de twintig aminozuren waaruit eiwitten worden opgebouwd. Het dient tevens als uitgangspunt voor allerlei andere biomoleculen. Het ontstaat gewoonlijk uit prefenaat, in twee stappen. Micro-organismen gebruiken vaak een prefenaatdehydrogenase-enzym (PDH, zie de afbeelding) om het oxidatief te decarboxyleren tot 4-hydroxyfenylpyruvaat (HPP) dat ze vervolgens door een tyrosine-aminotransferase laten transamineren tot tyrosine. De meeste planten doen het omgekeerd: eerst de transaminering, waardoor je arogenaat krijgt, en dan pas een decarboxylering met behulp van een arogenaatdehydrogenase (ADH).

En tientallen jaren geleden is al ontdekt dat erwten, pinda’s, sojabonen en andere peulvruchten groeien aan planten die zowel over PDH als ADH beschikken en hun tyrosine dus op beide manieren kunnen maken. Alleen snapte niemand hoe dat evolutionair had kunnen gebeuren.

Maeda en collega’s hebben het raadsel nu opgelost. Eerst spoorden ze de genen op die coderen voor PDH en ADH. Ze ontdekten dat die sterk op elkaar lijken, maar dat het aantal verschillen te groot is om zonder meer te kunnen zeggen waar het verschil in enzymatische activiteit in zit.

Vervolgens lukte het echter om het PDH-enzym uit de sojaplant op te zuiveren en te laten uitkristalliseren, zodat de 3D-structuur was te bepalen met röntgenkristallografie. Dat maakte duidelijk welk deel van de aminozuurketen voor de feitelijke activiteit zorgt, en ook dat slechts twee van de genetische verschillen met ADH verantwoordelijk konden zijn.

Welke van de twee het is, was toen snel duidelijk. Op plek 222 in de keten zit bij PDH een asparagine, maar bij ADH is dat asparaginezúúr (en plaats 218 want die keten is iets korter). Vervang je het ene aminozuur door het andere, dan krijg je de activiteit van het andere enzym. Vermoedelijk is het bij peulvruchten een evolutionair ongelukje geweest, dat nooit is rechtgezet omdat de planten er voordeel van hebben. Welk voordeel, is overigens nog totaal onduidelijk.

Volgens de auteurs kan de mensheid er intussen ook zijn voordeel mee doen. De activiteit van ADH wordt geremd door de tyrosine die het zelf produceert. Voor PDH geldt dat niet: organismen die dat van nature aanmaken, beschikken kennelijk over een ander regelmechanisme om hun tyrosineproductie in toom te houden. Dus als je een willekeurige plant dusdanig modificeert dat hij PDH in plaats van ADH gaat aanmaken, dan heb je een goede kans dat er helemaal niets meer wordt geregeld en de tyrosineproductie stijgt tot ongekende hoogte.

En als je dan weet dat bijvoorbeeld papaverachtigen tyrosine gebruiken als uitgangspunt om morfine aan te maken, dan mag je de rest zelf invullen.

bron: University of Wisconsin-Madison