Revolucionarne studije: sada kontroliranje enzima svjetlom!

Revolucionarne studije: sada kontroliranje enzima svjetlom!

Znanstvenik iz Sveučilište u Regensburgu objavili su revolucionarnu studiju o preciznoj prostorno-vremenskoj kontroli biokemijskih transformacija. Ovo istraživanje rasvjetljava ulogu enzima kao biokatalizatora koji ubrzavaju stanične reakcije i pretvaraju supstrate u proizvode.

Enzimi koji se sastoje od aminokiselina pokazuju funkcionalnost ovisnu o strukturi koja je određena odgovarajućim slijedom aminokiselina. Aktivni centar enzima je posebno ključan, jer omogućuje i vezanje supstrata i katalizu. Zanimljivo je da supstrati mogu postojati u dva enantiomerna oblika, s enzimima koji obično pokazuju enantioselektivnost.

Inovativna modifikacija putem proteinskog inženjeringa

Središnja točka studije je da su enzimi prikladni za industrijske i medicinske primjene, ali često zahtijevaju ciljane modifikacije. Ovdje na scenu stupa proteinski inženjering, koji omogućuje razmjenu aminokiselina za optimizaciju aktivnosti enzima. Najnovije tehnike u ovom području dopuštaju korištenje neprirodnih aminokiselina (UAS) u stanicama. Ovi fotoosjetljivi UAS mogu se strateški ugraditi u aktivna mjesta enzima kako bi se kontrolirala njihova aktivnost.

Studija posebno ispituje enzim fosfotriesterazu (PTE), koji je sposoban pretvoriti toksične supstrate u netoksične proizvode. UV zračenjem enzima modificiranog fotoosjetljivom aminokiselinom, mogla se promijeniti enantioselektivnost, što je omogućilo vezanje i pretvorbu drugog enantiomera.

Najnoviji rezultati istraživanja i njihovi učinci

Rezultati se temelje na bioinformatičkoj analizi prostorne strukture PTE i odgovarajućih promjena u aktivnom mjestu. Ovo istraživanje otvara nove mogućnosti za farmaceutsko-kemijsku industriju. Ovo je istraživanje provedeno u bliskoj suradnji između prof. Reinharda Sternera, prof. Tilla Rudacka sa Sveučilišta u Regensburgu i prof. Franka Raushel sa Sveučilišta Texas A&M. Izvorna publikacija objavljena je u časopisu JACS Au pod naslovom "Foto-kontrola enantioselektivnosti fosfotriesteraze putem ugradnje neprirodne aminokiseline koja reagira na svjetlo".

Istodobno se razvija tim istraživača Istraživački centar Jülich nove metode temeljene na postojećim algoritmima dubokog učenja. Oni su usmjereni na poboljšanje predviđanja u enzimskom inženjerstvu i funkcionalnoj klasifikaciji enzima. Grupa održava projekt TopEC, poboljšani okvir za funkcionalnu klasifikaciju enzima temeljen na bazi podataka TopEnzyme.

Fokus ovog istraživanja je korištenje konvolucijskih neuronskih mreža 3D grafa za precizno predviđanje učinaka supstitucije na aktivnost i stabilnost enzima. Implementacija strukturnih i slijednih značajki unutar ovih mreža ima za cilj povećati stabilnost proteina i poboljšati funkcionalnu klasifikaciju enzima.

Uzbudljiva sinergija između biokemijske teorije i modernih tehnologija ne samo da obećava napredak u temeljnim istraživanjima, već bi mogla imati i dalekosežne implikacije za industrijsku primjenu u istraživanju enzima.