Tweet

Enzym krijgt een kleur van het harde werk /reageer

Als kunstmest is uitgestrooid over het land wordt het nitraat erin omgezet in nitriet, en dat weer in het het broeikasgas stikstofmonoxide.
Dit is het werk van bacteriën met behulp van de enzymen nitraatreductase en nitrietreductase. Hoe dit laatste enzym werkt, kan nu in detail worden bekeken met een nieuwe techniek, gebaseerd op fluorescentie. Ook handig voor het ontwikkelen van biosensoren.

Katalysator

Enzymen (te herkennen aan de uitgang -ase) zijn eiwitten die fungeren als katalysator: ze versnellen reacties zonder zelf te veranderen. Enzymen en andere eiwitten zorgen ervoor dat ons lichaam blijft functioneren. Maar enzymen kunnen ook op vele andere manieren nuttig worden gemaakt, bijvoorbeeld in wasmiddelen. Het is dus van groot belang om te weten hoe ze precies werken. Maar dat is lastig.

Flikkerlichtje

Leidse en Nijmeegse onderzoekers namen het enzym nitrietreductase bij de kop, het enzym dat als katalysator fungeert bij de omzetting van nitriet in stikstofmonoxide. De werking ervan kon nog niet goed worden bestudeerd, omdat het te klein is om met bestaande microscopische technieken te bekijken. Ze ontwierpen een nieuwe techniek, die enzymdeeltjes een fluorescerend label geeft. Daarmee ontdekten ze dat nitrietreductase (NiR) wisselt van kleur, al naar gelang de fase in het reactieproces. Sterke fluorescentie betekent dat het enzym bezig is, zwakke fluorescentie betekent: het enzym doet even niets. Het enzym kan dus worden gevolgd als een flikkerlichtje.

Ook hebben de onderzoekers op elektronniveau gedetailleerde kennis over het reactieproces gekregen.

Multi-inzetbare techniek

Prof. dr. Gerard Canters, hoogleraar biofysische chemie: “De vinding is om meerdere redenen interessant. In de eerste plaats hebben we nu een extra techniek tot onze beschikking gekregen om individuele enzymen te bestuderen als ze aan het werk zijn. Tot voor kort was dit maar beperkt mogelijk. Ten tweede is de techniek niet alleen geschikt om nitrietreductase te onderzoeken. Alle enzymen die van kleur wisselen als ze aan het werk zijn, lenen zich in principe voor deze techniek.”

Biosensoren

Een derde winstpunt is dat de techniek de mogelijkheden verruimt voor het gebruik van enzymen in biosensoren. Canters: “Biosensoren kunnen van groot belang worden voor de detectie van giftige stoffen, voor het meten en bewaken van het milieu en industriële afvalstromen, en onze gezondheid. Denk aan de glucosesensor voor diabeten, en sensoren voor cholesterol of ureum.”

Biergebruik

“Vergelijk het met een enquête over het dagelijkse biergebruik van de Nederlander”

Het een voor een onderzoeken van individuele enzymdeeltjes is belangrijk om de vraag te beantwoorden welke individuele variatie schuilgaat achter een gemiddelde over een zeer groot aantal deeltjes. “Vergelijk het met een enquête over het dagelijkse biergebruik van de Nederlander”, zegt Canters. “Die consumptie zal verschillen naar gelang de omstandigheden.
Zo is het ook bij de omzetting van nitriet in stikstofmonoxide. Er zijn nu verschillende hypotheses over de manier waarop die reactie verloopt, met name over het elektronentransport in het enzym. Waarschijnlijk kan het reactieproces langs verschillende wegen gaan, afhankelijk van de omgeving waarin de reactie zich voltrekt. Maar om de mogelijkheden statistisch in kaart te brengen en om verschillen te kunnen verklaren, moet je de werking van heel veel individuele enzymen bekijken. Met onze techniek kan dat.”