단백질은 산화 스트레스로부터 생물학적 질소 고정을 보호합니다.
생화학자 올리버 아인슬레 교수가 이끄는 프라이부르크 대학의 연구팀은 "셰트나 단백질 II"가 질소 결합 효소인 질소 분해 효소를 손상으로부터 보호하는 방법을 발견했습니다. 이 단백질은 질소 분해 효소를 생명공학에 사용할 수 있게 만들어 합성 비료 사용량을 줄이는 데 도움이 될 수 있습니다. 이 결과는 저널 네이처 에 게재되었습니다.
큰 작업을 돕는 작은 도우미: 산소 센서 단백질은 생물학적 질소 고정의 효소 기계를 심각한 손상으로부터 보호합니다.
생명공학에 사용하면 앞으로 농업에서 합성 비료의 사용을 줄이는 데 도움이 될 수 있습니다.
프라이부르크 대학 화학 및 약학부와 생물 신호 연구 센터(BIOSS)의 생화학자 올리버 아인슬레 교수가 이끄는 연구팀은 소위 셰트나 단백질 II가 정확히 어떻게 작동하는지 발견했습니다.
과학자들은 프라이부르크에서 새로 구축된 저온 전자 현미경을 사용했습니다.
이들의 연구 결과는 네이처 저널에 게재됐습니다.
질소비료는 생태학적으로 문제가 된다
질소 원소는 모든 살아있는 유기체의 필수 구성 요소입니다. 농업에서는 장기간에 걸쳐 높은 수확량을 가능하게 하기 위해 비료로 첨가되는 경우가 많습니다.
그러나 이러한 비료의 생산 및 적용은 에너지 및 환경 측면에서 문제가 있습니다.
따라서 수년 동안 박테리아와 고세균의 자연적인 질소 고정을 작물에 전달하려는 시도가 있었습니다. 질소 결합 효소는 질소 결합을 담당합니다.
식물로의 전달과 관련된 가장 심각한 문제 중 하나는 질소 분해 효소가 광합성 과정에서 식물 자체에서 생성되는 대기 산소에 극도로 민감하다는 것입니다.
Shethna 단백질 II는 질소질소효소와 복합체를 형성합니다.
Oliver Einsle 교수가 이끄는 팀의 Philipp Franke, Simon Freiberger 및 Lin Zhang 박사는 이제 작은 요인인 Shethna 단백질 II가 어떻게 산소 농도의 증가를 기록하는지 보여줄 수 있었습니다.
그런 다음 산화적 손상으로부터 보호하는 질소 분해 효소의 두 가지 구성 요소와 매우 빠르게 복합체를 형성합니다.
이 과정에서 활성화된 Shethna 단백질 II는 훨씬 더 큰 질소 분해 효소 및 관련 환원 효소와 결합하여 산소가 질소 분해 효소의 활성 중심에 도달할 수 없는 두 단백질과 함께 긴 필라멘트를 형성합니다.
세포가 이러한 산화 스트레스를 극복하자마자 복합체는 용해되고 효소는 작업을 재개할 수 있습니다.
식물 세포에서의 사용이 가능합니다
질소분해효소가 식물 세포에서 직접 생성되더라도 산소 농도가 증가하는 짧은 스트레스 단계가 계속해서 발생할 가능성이 높습니다.
생명공학적 용도의 경우 작은 Shethna 단백질 II의 공동 생산은 새로운 환경에서 정교하게 합성된 효소를 보호하고 식물 세포에서 기능을 유지하는 데 도움이 될 수 있습니다.
"식물에서 작동하는 질소 분해 효소의 생산은 녹색 생명공학의 패러다임 전환을 촉발할 것이며, 이 작은 단백질은 이를 가능하게 하는 데 결정적인 기여를 할 수 있습니다"라고 Einsle은 말했습니다.
- 올리버 아인슬(Oliver Einsle) 교수는 프라이부르크 대학교 화학 및 약학부 생화학 교수이자 바이오시그널 연구 센터(BIOSS) 회원입니다. 그의 연구는 복잡한 효소 시스템의 구조, 기능 및 생물 발생에 중점을 두고 있습니다. Philipp Franke, Simon Freiberger 및 Lin Zhang 박사는 Oliver Einsle 연구 그룹의 구성원입니다.
- 이 프로젝트는 올리버 아인슬(Oliver Einsle) 교수를 위한 ERC 고급 보조금과 공동 연구 센터 '세포 단백질 기계의 동적 조직(Dynamic Organization of Cellular Protein Machineries)'의 일환으로 독일 연구 재단(DFG)에 의해 유럽 연합의 자금 지원을 받았습니다.
출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2025/01/250115165045.htm
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