|   Küldés emailben

Biomolekuláris Önrendeződés  ”Lendület” Kutatócsoport

Kutatócsoport vezető:
Beke-Somfai Tamás, PhD tudományos főmunkatárs
Munkatársak:
Grádné Szabó Rita
titkárnő
Juhász Tünde, PhD
tudományos munkatárs
Szabadi Nóra tudományos segédmunkatárs
Szigyártó Imola Csilla, PhD tudományos munkatárs
Zsila Ferenc, PhD tudományos főmunkatárs

A Biological Soft Matter Platform honlapja

A Biomolekuláris Önrendeződés “Lendület” Kutatócsoport honlapja

Kutatási területek:

Membrán aktív foldamerek

A baktériumok gyorsan növekedő ellenállóképességének köszönhetően a jelenlegi antibiotikumok egyre kevéssé hatékonyak. Ezért kiemelten fontos olyan új vegyületek keresése és tervezése, melyek a jövőben sikeresen pótolják a jelenlegi gyógyszereket.

A természetben található toxikus oligomerek számos esetben hidrofil és hidrofób szerkezetekbe rendeződnek össze, és úgy fejtik ki hatásukat. Ennek az önrendeződésnek a mechanizmusa azonban még nem feltárt, így a hasonló vegyületek tervezése akadályokba ütközik.

A fenti mechanizmus jobb megértéséhez nem természetes alapú (ún. Foldamer) peptideket tervezünk és fejlesztünk. Célunk a peptidek és a sejtfalakat képző lipid kettősrétegek kölcsönhatásának jobb megértése molekuláris szinten. Az így szerzett tapasztalatok jelentősen hozzájárulhatnak új antimikrobiális vegyületek tervezéséhez.

A tervezett szerkezeteket modern számítógépes eszközökkel (kvantummechanikai QM, és molekuladinamikai MD módszerekkel) építjük fel és vizsgáljuk, majd a szintetizált peptideket kísérleti módszerekkel vizsgáljuk. A sejtmembrán működésének megértéséhez egyszerű modellként kétdimenziós foszfolipid szerveződéseket alkalmazunk, többek között liposzomális rendszereket, vízfelszíni Langmuir monorétegeket és szilárd hordozós kettősrétegeket. A lipidek és egyéb oldott molekulák kölcsönhatásának tanulmányozása többek között polarizált fényspektroszkópiai, összegfrekvencia-keltési rezgési spektroszkópiai és röntgen szórási, röntgen reflektometriai módszerekkel történik.

1.ábra Amphiphil peptidrendszerek sematikusan ábrázolt önrendeződési és membránba illeszkedési mechanizmusa.

Kapcsolódó referenciák:

T. Keszthelyi, K. Hill, É Kiss Interaction of Phospholipid Langmuir Monolayers with an Antibiotic Peptide Conjugate J. Phys. Chem. B, 2013, 117 (23), pp 6969–6979

J. Johansson, E. Hermansson, N. Kann, B. Nordén, T. Beke-Somfai: d-Peptides from RuAAC-Derived 1,5-Disubstituted Triazole Units, Eur. J. Org. Chem. 2014, 13, 2703-2713

N. Kann, J. R. Johansson, T. Beke-Somfai: Conformational properties of 1,4- and 1,5-substituted 1,2,3-triazole amino acids – building units for peptidic foldamers, Organic & Biomolecular Chemistry, 2015, DOI: 10.1039/C4OB02359E

T. Beke, A. Czajlik, B. Bálint, A. Perczel: A Theoretical Comparison of Self-Assembling a- and b-Peptide Nanostructures: Toward Design of b-Barrel Frameworks ACS Nano, 2008, 2, 545-553

T. Beke, I. G. Csizmadia, A. Perczel: Theoretical study on tertiary structural elements of b-peptides: Nanotubes formed from parallel-sheet-derived assemblies of b-peptides J. Am. Chem. Soc., 2006, 128, 5158-5167

 

Komplex Biomolekuláris Motorok

A sejten belüli folyamatok széles spektrumában  a sejtmozgástól a membrántranszport folyamatokig _ a természet számos rendkívül kifinomult molekuláris motor komplexet alkalmaz a feladatok végrehajtására. Hasonló biorendszerek racionális tervezése egy gyorsan fejlődő, aktív tudományoterület, mely alapjaiban változtathatja meg a modern ipari biokémiát és gyógyszerfejlesztést. A mesterséges enzimek tervezéséhez azonban számos nagyobb akadályt kell leküzdeni, többek között a természetes enzimek precíziós kontrollmechanizmusának atomi szintű megértését és jellemzését. Ezek közül a rendszerek közül az egyik legjelentősebb molekuláris motor az FoF1 ATP szintáz, mely a szervezet energiamolekulájának, az ATP-nek az előállításáért felelős (1-2). Egy másik hasonlóan fontos enzim ugyanebből a fehérjecsaládból a szerkezetileg nagyon hasonló RecA, melynek szintén kiemelt sejten belüli szerepe van: a sérült DNS szálak javításáért és a genetikai diverzitás fenntartásáért felelős (3-4). Noha a két enzim elsőre teljesen más sejtfunkciót tölt be, mechanizmusuk a szerkezeti felépítésük alapján hasonlónak feltételezhető. Csoportunkban számításos biofizikai módszerekkel tervezzük vizsgálni a két enzim funkciójának számos kritikus, eddig még nem ismert részletét. A számításos kémia és biofizika több alkalmas módszerrel rendelkezik (QM/MM és MD), melyekkel atomi betekintést nyerhetünk az apró szerkezeti és funkcionális eltérésekbe. A két fenti enzim vizsgálatát külföldi csapat részeként végezzük, melyben lehetőség nyílik a kísérleti munkába való betekintéshez is Prof. Takahashi Masayuki (Univ. Tokyo, Japán) (biokémiai és reakciókinetikai vizsgálatok) és Prof. Bengt Nordén (Chalmers, Svédország) (szerkezeti és funkcionális biofizika) laborjaiban.

2. ábra

BAL: Az ATP szintázon belüli ATP szintézis-hidrolízis energiatérképe. JOBB: A RecA filamentum egy dokkolt DNS szállal. (image from: openi.nlm.nih.gov)

Kapcsolódó referenciák:

(1) T. Beke-Somfai et al. PNAS 2011, 108, 4828

(2) T. Beke-Somfai et al. PNAS 2013, 110, 2117-2122

(3) X. Qian, et al J. Biol. Chem. 2006, 281, 39380

(4) Z. Chen, et al Nature, 2008 453, 489

(5) A. Reymer et al. Biochemistry, 2015, 54, 4579