Растения производят поразительное разнообразие химических веществ. Большинство этих метаболитов участвуют в химической коммуникации и служат для защиты от вредителей, защиты от патогенов и привлечения полезных организмов. Одним из примеров является индол, азотсодержащее ароматическое соединение, которое действует как центральный промежуточный продукт в биосинтезе аминокислоты триптофана. Как выяснилось, цветковые растения используют псевдофермент для образования индола.
Во многих растениях индол служит предшественником защитных веществ. Многие растения выделяют летучий индол при нападении травоядных животных, чтобы отпугнуть их или предупредить соседние растения о готовящемся нападении. Это усиливает устойчивость растения. Индол также может привлекать опылителей как компонент цветочных ароматов.
Матильда Флореан и Тобиас Кёлльнер, возглавляющий исследовательскую группу в Отделе биосинтеза натуральных продуктов в Институте химической экологии Общества Макса Планка, изучают ферменты, участвующие в биосинтезе бензоксазиноидов. Бензоксазиноиды - это специализированные защитные соединения в растениях, которым в качестве предшественника для производства требуется индол. Их исследование опубликовано в журнале Nature Chemical Biology.
Некоторые виды растений, такие как кукуруза и дельфиниум, или шпорник, имеют ферменты, которые активны и отвечают за биосинтез индола. Однако у других цветковых растений, основных эвдикотов (эвдикоты относятся к кладе высшие настоящие двудольные), эти ферменты лишь слабо активны.
«Поэтому мы предположили, что у этих растений другой, более эффективный механизм биосинтеза индола», - говорит Флориан, первый автор исследования.
Команда протестировала множество различных ферментов, которые могли быть вовлечены в критически важный этап синтеза индола, используя модельное растение, родственное табаку, Nicotiana benthamiana. Они также провели ферментативные тесты с очищенными белками in vitro. В ходе этих экспериментов исследователи обнаружили, что биосинтез индола в этих растениях опосредован псевдоферментом TSB-like. Псевдоферменты - это белки, которые очень похожи на активные ферменты, но не обладают способностью катализировать реакции.
Псевдофермент TSB-like структурно похож на фермент TSB (субъединица бета-триптофансинтазы); однако, в отличие от TSB, TSB-like не участвует в образовании триптофана. TSB обычно связывается с другим ферментом, TSA (субъединица альфа-триптофансинтазы), и активирует его. Это приводит к кратковременному образованию индола, который затем немедленно преобразуется в триптофан TSB. TSB-like связывается с TSA и активирует его, но взаимодействие между TSB-like и TSA не приводит к образованию триптофана. Поэтому индол может выделяться в виде летучего соединения.
Источник: Nature Chemical Biology (2025). DOI: 10.1038/s41589-025-01943-y
«Обычно мы ищем ферменты, которые проявляют каталитическую активность для интересующей нас реакции. Те, которые этого не делают, представляют для нас небольшой интерес. Поэтому было удивительно увидеть, что биосинтез индола опосредован псевдоферментом, который переключает активность активного фермента на выработку индола для выделения летучих веществ или биосинтеза специализированных защитных соединений», - говорит Кёлльнер.
Псевдоферменты трудно обнаружить, поскольку они не обладают ферментативной активностью без подходящего партнера по связыванию. Однако они не редки и могут составлять до 10% протеома или совокупности всех белков. В этой относительно новой области исследований у ученых все еще есть много вопросов об этих белках.
Исследовательская группа теперь хочет выяснить, как растения регулируют активность псевдоферментов, таких как TSB-like. Их особенно интересует, как растения предотвращают конкуренцию TSB-like с каталитически активным ферментом TSB за необходимый биосинтез триптофана.
«Раскрытие механизма, посредством которого большая и экономически важная группа основных эвдикотов производит индол, также актуально для современного сельского хозяйства. Одной из возможностей является целенаправленная селекция растений, которые более привлекательны для опылителей и менее восприимчивы к патогенам и вредителям», отмечает говорит Сара О`Коннор, глава Департамента биосинтеза натуральных продуктов.
Источник: Max Planck Society. Автор: Анджела Овермейер.
Интересна тема? Подпишитесь на наши новости в ДЗЕН | Канал в Telegram | Группа Вконтакте | Дзен.новости.