Revolucionarne študije: zdaj nadzorujte encime s svetlobo!

Revolucionarne študije: zdaj nadzorujte encime s svetlobo!

Znanstvenik iz Univerza v Regensburgu so objavili prelomno študijo o natančnem prostorsko-časovnem nadzoru biokemičnih transformacij. Ta raziskava osvetljuje vlogo encimov kot biokatalizatorjev, ki pospešujejo celične reakcije in pretvarjajo substrate v produkte.

Encimi, ki so sestavljeni iz aminokislin, kažejo strukturno odvisno funkcionalnost, ki je določena z ustreznim zaporedjem aminokislin. Aktivni center encima je še posebej ključen, saj omogoča tako vezavo substrata kot tudi katalizo. Zanimivo je, da lahko substrati obstajajo v dveh enantiomernih oblikah, pri čemer encimi običajno kažejo enantioselektivnost.

Inovativna modifikacija s proteinskim inženiringom

Osrednja točka študije je, da so encimi primerni za industrijsko in medicinsko uporabo, vendar pogosto zahtevajo ciljne spremembe. Tu nastopi proteinski inženiring, ki omogoča izmenjavo aminokislin za optimizacijo aktivnosti encimov. Najnovejše tehnike na tem področju omogočajo uporabo nenaravnih aminokislin (UAS) v celicah. Te fotoobčutljive UAS je mogoče strateško vključiti v aktivna mesta encimov za nadzor njihove dejavnosti.

Študija posebej proučuje encim fosfotriesterazo (PTE), ki je sposoben pretvoriti strupene substrate v nestrupene produkte. Z UV obsevanjem encima, modificiranega s fotosenzitivno aminokislino, je bilo mogoče spremeniti enantioselektivnost, kar je omogočilo vezavo in pretvorbo drugačnega enantiomera.

Najnovejši rezultati raziskav in njihovi učinki

Rezultati temeljijo na bioinformacijski analizi prostorske strukture PTE in ustreznih sprememb v aktivnem mestu. Ta raziskava odpira nove priložnosti za farmacevtsko-kemijsko industrijo. Ta študija je bila izvedena v tesnem sodelovanju med prof. Reinhardom Sternerjem, prof. Tillom Rudackom z univerze v Regensburgu in prof. Frankom Raushelom s teksaške univerze A&M. Izvirna objava je bila objavljena v reviji JACS Au pod naslovom "Foto-kontrola enantioselektivnosti fosfotriesteraze z vključitvijo na svetlobo odzivne nenaravne aminokisline".

Hkrati se razvija skupina raziskovalcev Raziskovalni center Jülich nove metode, ki temeljijo na obstoječih algoritmih globokega učenja. Ti so namenjeni izboljšanju napovedi v encimskem inženiringu in funkcionalni klasifikaciji encimov. Skupina vzdržuje projekt TopEC, izboljšan okvir za funkcionalno klasifikacijo encimov, ki temelji na bazi podatkov TopEnzyme.

Težišče te raziskave je uporaba konvolucijskih nevronskih mrež s 3D grafom za natančno napovedovanje substitucijskih učinkov na aktivnost in stabilnost encimov. Implementacija strukturnih in na zaporedju temelječih lastnosti v teh omrežjih je namenjena povečanju stabilnosti beljakovin in izboljšanju funkcionalne klasifikacije encimov.

Vznemirljiva sinergija med biokemično teorijo in sodobnimi tehnologijami ne obljublja samo napredka v osnovnih raziskavah, ampak bi lahko imela tudi daljnosežne posledice za industrijsko uporabo v raziskavah encimov.