Studii revoluționare: acum controlați enzimele cu lumină!

Studii revoluționare: acum controlați enzimele cu lumină!

Savant al Universitatea din Regensburg au publicat un studiu revoluționar privind controlul spațio-temporal precis al transformărilor biochimice. Această cercetare luminează rolul enzimelor ca biocatalizatori care accelerează reacțiile celulare și transformă substraturile în produse.

Enzimele care constau din aminoacizi prezintă o funcționalitate dependentă de structură, care este determinată de secvența respectivă de aminoacizi. Centrul activ al unei enzime este deosebit de crucial, deoarece permite atât legarea substratului, cât și cataliza. Interesant este că substraturile pot exista în două forme enantiomerice, enzimele prezentând de obicei enantioselectivitate.

Modificare inovatoare prin ingineria proteinelor

Un punct central al studiului este că enzimele sunt potrivite pentru aplicații industriale și medicale, dar necesită adesea modificări specifice. Aici intervine ingineria proteinelor, permițând schimbul de aminoacizi pentru a optimiza activitatea enzimatică. Cele mai recente tehnici din acest domeniu permit utilizarea aminoacizilor nenaturali (UAS) în celule. Aceste UAS foto-sensibile pot fi încorporate strategic în situsurile active ale enzimelor pentru a le controla activitatea.

Studiul examinează în mod specific enzima fosfotriesteraza (PTE), care este capabilă să transforme substraturile toxice în produse netoxice. Prin iradierea UV a unei enzime modificată cu un aminoacid fotosensibil, enantioselectivitatea a putut fi modificată, ceea ce a făcut posibilă legarea și transformarea unui enantiomer diferit.

Ultimele rezultate ale cercetării și efectele acestora

Rezultatele se bazează pe o analiză bioinformatică a structurii spațiale a PTE și modificările corespunzătoare în situl activ. Această cercetare deschide noi oportunități pentru industria farmaceutică-chimică. Acest studiu a fost realizat în strânsă cooperare între Prof. Reinhard Sterner, Prof. Till Rudack de la Universitatea din Regensburg și Prof. Frank Raushel de la Texas A&M University. Publicația originală a fost publicată în jurnalul JACS Au sub titlul „Foto-Controlling the Enantioselectivity of a Phosphotriesterase via Incorporation of a Light-Responsive Unnatural Amino Acid”.

În același timp, se dezvoltă o echipă de cercetători Centrul de Cercetare Jülich noi metode bazate pe algoritmii de deep learning existenti. Acestea au ca scop îmbunătățirea predicției în ingineria enzimatică și clasificarea funcțională a enzimelor. Grupul menține proiectul TopEC, un cadru îmbunătățit de clasificare funcțională a enzimelor bazat pe baza de date TopEnzyme.

Accentul acestei cercetări este utilizarea rețelelor neuronale convoluționale grafice 3D pentru a prezice cu precizie efectele de substituție asupra activității și stabilității enzimelor. Implementarea caracteristicilor structurale și bazate pe secvențe în cadrul acestor rețele are ca scop creșterea stabilității proteinelor și îmbunătățirea clasificării funcționale a enzimelor.

Sinergia interesantă dintre teoria biochimică și tehnologiile moderne nu numai că promite progrese în cercetarea de bază, dar ar putea avea și implicații de anvergură pentru aplicațiile industriale în cercetarea enzimelor.