Estudios revolucionarios: ¡ahora controla las enzimas con luz!

Estudios revolucionarios: ¡ahora controla las enzimas con luz!

Científico de la Universidad de Ratisbona han publicado un estudio innovador sobre el control espaciotemporal preciso de las transformaciones bioquímicas. Esta investigación ilumina el papel de las enzimas como biocatalizadores que aceleran las reacciones celulares y convierten sustratos en productos.

Las enzimas que se componen de aminoácidos muestran una funcionalidad dependiente de la estructura, que está determinada por la secuencia respectiva de aminoácidos. El centro activo de una enzima es particularmente crucial, ya que permite tanto la unión del sustrato como la catálisis. Curiosamente, los sustratos pueden existir en dos formas enantioméricas, y las enzimas suelen exhibir enantioselectividad.

Modificación innovadora mediante ingeniería de proteínas.

Un punto central del estudio es que las enzimas son adecuadas para aplicaciones industriales y médicas, pero a menudo requieren modificaciones específicas. Aquí es donde entra en juego la ingeniería de proteínas, que permite el intercambio de aminoácidos para optimizar la actividad enzimática. Las últimas técnicas en este campo permiten el uso de aminoácidos no naturales (UAS) en las células. Estos UAS fotosensibles se pueden incorporar estratégicamente en los sitios activos de las enzimas para controlar su actividad.

El estudio examina específicamente la enzima fosfotriesterasa (PTE), que es capaz de convertir sustratos tóxicos en productos no tóxicos. Mediante la irradiación UV de una enzima modificada con un aminoácido fotosensible se pudo cambiar la enantioselectividad, lo que hizo posible unirse y convertir un enantiómero diferente.

Los últimos resultados de las investigaciones y sus efectos.

Los resultados se basan en un análisis bioinformático de la estructura espacial del PTE y los cambios correspondientes en el sitio activo. Esta investigación abre nuevas oportunidades para la industria química-farmacéutica. Este estudio se llevó a cabo en estrecha colaboración entre el Prof. Reinhard Sterner, el Prof. Till Rudack de la Universidad de Regensburg y el Prof. Frank Raushel de la Universidad Texas A&M. La publicación original se publicó en la revista JACS Au con el título “Fotocontrol de la enantioselectividad de una fosfotriesterasa mediante la incorporación de un aminoácido no natural sensible a la luz”.

Al mismo tiempo, un equipo de investigadores está desarrollando Centro de investigación Jülich Nuevos métodos basados ​​en algoritmos de aprendizaje profundo existentes. Su objetivo es mejorar la predicción en ingeniería enzimática y clasificación funcional de enzimas. El grupo mantiene el proyecto TopEC, un marco mejorado de clasificación funcional de enzimas basado en la base de datos TopEnzyme.

El objetivo de esta investigación es el uso de redes neuronales convolucionales de gráficos 3D para predecir con precisión los efectos de sustitución sobre la actividad y la estabilidad de las enzimas. La implementación de características estructurales y basadas en secuencias dentro de estas redes tiene como objetivo aumentar la estabilidad de las proteínas y mejorar la clasificación funcional de las enzimas.

La apasionante sinergia entre la teoría bioquímica y las tecnologías modernas no sólo promete avances en la investigación básica, sino que también podría tener implicaciones de gran alcance para las aplicaciones industriales en la investigación de enzimas.