Studi rivoluzionari: ora controlla gli enzimi con la luce!

Studi rivoluzionari: ora controlla gli enzimi con la luce!

Scienziato del Università di Ratisbona hanno pubblicato uno studio innovativo sul preciso controllo spaziotemporale delle trasformazioni biochimiche. Questa ricerca mette in luce il ruolo degli enzimi come biocatalizzatori che accelerano le reazioni cellulari e convertono i substrati in prodotti.

Gli enzimi costituiti da amminoacidi mostrano una funzionalità dipendente dalla struttura che è determinata dalla rispettiva sequenza di amminoacidi. Il centro attivo di un enzima è particolarmente cruciale, poiché consente sia il legame del substrato che la catalisi. È interessante notare che i substrati possono esistere in due forme enantiomeriche, con gli enzimi che tipicamente mostrano enantioselettività.

Modificazione innovativa attraverso l'ingegneria proteica

Un punto centrale dello studio è che gli enzimi sono adatti per applicazioni industriali e mediche, ma spesso richiedono modifiche mirate. È qui che entra in gioco l'ingegneria proteica, consentendo lo scambio di aminoacidi per ottimizzare l'attività enzimatica. Le ultime tecniche in questo campo consentono l’utilizzo di aminoacidi non naturali (UAS) nelle cellule. Questi UAS fotosensibili possono essere strategicamente incorporati nei siti attivi degli enzimi per controllarne l'attività.

Lo studio esamina specificamente l'enzima fosfotriesterasi (PTE), che è in grado di convertire substrati tossici in prodotti non tossici. Mediante irradiazione UV di un enzima modificato con un amminoacido fotosensibile, è stato possibile modificare l'enantioselettività, rendendo possibile il legame e la conversione di un enantiomero diverso.

Ultimi risultati della ricerca e loro effetti

I risultati si basano su un'analisi bioinformatica della struttura spaziale del PTE e dei corrispondenti cambiamenti nel sito attivo. Questa ricerca apre nuove opportunità per l’industria chimico-farmaceutica. Questo studio è stato condotto in stretta collaborazione tra il Prof. Reinhard Sterner, il Prof. Till Rudack dell'Università di Ratisbona e il Prof. Frank Raushel della Texas A&M University. La pubblicazione originale è stata pubblicata sulla rivista JACS Au con il titolo “Photo-Controlling the Enantioselettività di una fosfotriesterasi tramite incorporazione di un amminoacido non naturale sensibile alla luce”.

Allo stesso tempo, un team di ricercatori si sta sviluppando Centro di ricerca Jülich nuovi metodi basati su algoritmi di deep learning esistenti. Questi hanno lo scopo di migliorare la previsione nell'ingegneria enzimatica e nella classificazione funzionale degli enzimi. Il gruppo mantiene il progetto TopEC, un quadro di classificazione funzionale degli enzimi migliorato basato sul database TopEnzyme.

Il focus di questa ricerca è l'uso di reti neurali convoluzionali con grafici 3D per prevedere con precisione gli effetti di sostituzione sull'attività e sulla stabilità degli enzimi. L'implementazione di caratteristiche strutturali e basate su sequenze all'interno di queste reti mira ad aumentare la stabilità delle proteine ​​e migliorare la classificazione funzionale degli enzimi.

L'entusiasmante sinergia tra la teoria biochimica e le moderne tecnologie non solo promette progressi nella ricerca di base, ma potrebbe anche avere implicazioni di vasta portata per le applicazioni industriali nella ricerca sugli enzimi.