Revolucionarno otkriće enzima u Greifswaldu: voda kao tajna!

Revolucionarno otkriće enzima u Greifswaldu: voda kao tajna!

Istraživači sa Sveučilišta u Greifswaldu nedavno su došli do revolucionarnih otkrića u području istraživanja enzima. Ovi novi uvidi u strukturu i funkciju enzima uključenih u pretvorbu molekula šećera mogli bi imati dalekosežne primjene u preradi hrane i proizvodnji biogoriva. Rezultati su objavljeni 31. srpnja 2025. u renomiranom stručnom časopisu Nature Communications objavljeno.

Središnja komponenta ove studije je otkriće precizno integrirane molekule vode koja umjesto aminokiseline preuzima funkciju u aktivnom središtu ugljikohidratnih esteraza. Ovi enzimi, koji pripadaju obitelji hidrolaza, odgovorni su za cijepanje i stvaranje esterskih veza. Njihova je važnost na tržištu industrijskih enzima ogromna jer se široko koriste u sektorima kao što su rudarstvo biomase, industrija hrane i stočne hrane, agrokemijska proizvodnja i bioremedijacija.

Katalitička trijada posredovana vodom

Studija se posebno usredotočila na dva predstavnika obitelji enzima CE20, Fl8CE20_II i PpCE20_II. Ovi enzimi dekodirani su u njihovoj kompletnoj strukturi pomoću rendgenske kristalografije, koju je provela istraživačka skupina koju je financirao DFG. Iznenađujući rezultati doveli su do toga da je struktura nazvana "katalitička trijada posredovana vodom".

Ključno je otkriće da molekula vode igra središnju ulogu u aktivnosti enzima. Kako bi se ispitao utjecaj na koordinaciju molekule vode, ispitani su različiti mutanti enzima. Rezultati značajno proširuju razumijevanje enzimskih mehanizama i otvaraju nove perspektive za biotehnološku primjenu ovih spoznaja.

Industrijske primjene i budući izgledi

Opsežne mogućnosti industrijske primjene estera su izvanredne. Esteraze su među ostalim tražene u prehrambenoj industriji, tekstilnoj industriji i proizvodnji biosenzora. Također postoji sve veća potražnja za ekstremofilnim esterazama koje se mogu koristiti u ekstremnim uvjetima, naglašavajući njihovu važnost za ekološki prihvatljivu i održivu kemiju. Također se razvijaju inovativne metode za ekstrakciju i korištenje ovih enzima.

Osim toga, Fraunhofer IGB je aktivan u proizvodnji i optimizaciji enzima. Istražuju se ne samo hidrolitički enzimi poput lipaza i proteaza, već i oksidoreduktaze. Usmjerenost na biotehnološke procese omogućuje rekombinantnu proizvodnju ovih enzima, čime se povećava njihova dostupnost za industrijsku upotrebu.

Primjer takve primjene su lipaze, koje čine približno 5% globalnog tržišta enzima i koriste se u brojnim procesima, kao što je hidroliza triglicerida. Važne su i proteaze koje čine oko 60% svih komercijalnih enzima ili posebnih enzima za rafiniranje biljnih ulja.

Najnovija otkrića sa Sveučilišta u Greifswaldu ne samo da podržavaju osnovna istraživanja, već imaju i praktičnu važnost za održivi razvoj u kemiji. Nalazi pružaju polazišta za daljnja istraživanja u biotehnologiji i mogli bi dovesti do značajnog napretka u industriji.
Kontakt osobe za ovo istraživanje su prof. Uwe Bornscheuer i prof. Michael Lammers s Instituta za biokemiju Sveučilišta u Greifswaldu.