Un team di ricerca della Ruhr-Universität Bochum (RUB) e del Sudafrica ha analizzato due enzimi con tasche di legame al substrato identiche che tuttavia convertono diversi substrati. Nel processo, è emerso che le modifiche alla superficie dell'enzima influenzano la sua specificità di substrato modificando la densità all'interno. Questi risultati potrebbero aprire la strada alla manipolazione della funzione enzimatica. I ricercatori hanno pubblicato il loro rapporto sulla rivista Biologia della comunicazione il 2 novembre 2018.

I ricercatori hanno scoperto che gli enzimi vegetali, le cosiddette nitrilasi, sono molto simili. Sono stati in grado di sostituire i loro componenti pezzo per pezzo. "Abbiamo così scoperto che semplicemente scambiando un singolo componente sulla superficie, potremmo fare in modo che un enzima converta il substrato di un altro enzima, " spiega il Professore Associato Dr. Markus Piotrowski del Dipartimento di Genetica Molecolare e Fisiologia delle Piante al RUB.

I ricercatori hanno utilizzato la microscopia elettronica per analizzare il motivo per cui una modifica della superficie può influenzare il legame del substrato all'interno. Le nitrilasi analizzate formano eliche più grandi abbastanza grandi da essere rese visibili al microscopio elettronico. "Potremmo quindi vedere che i cambiamenti alla superficie hanno portato a molecole di enzimi nell'elica più o meno densamente impacchettate, " dice Piotrowski. "Questo, a sua volta, presumibilmente fa sì che il sito di legame del substrato venga compresso più o meno strettamente." Nel suo stato più strettamente compresso, la tasca di legame non è più accessibile alle molecole di substrato più grandi.

Per i ricercatori, le nitrilasi costituiscono un modello dell'evoluzione degli enzimi, ma trovano impiego anche nell'industria chimica e farmaceutica come biocatalizzatori. Ad oggi, gli esperimenti volti a modificare questi enzimi alterando il loro sito di legame al substrato sono stati per lo più senza successo. "I nostri risultati hanno mostrato che la struttura quaternaria, vale a dire il numero e la disposizione delle singole molecole enzimatiche, deve essere preso in considerazione, " dice Markus Piotrowski. Di conseguenza, modifiche mirate della funzione enzimatica possono essere realizzate senza apportare modifiche all'enzima stesso, ma semplicemente comprimendolo in eliche di nitrilasi con densità diverse.