I chimici di Leida hanno proposto un nuovo modello per le reazioni enzimatiche in cui la flessibilità del substrato è molto più importante di quanto si pensasse in precedenza. I loro risultati stanno cambiando il paradigma e potrebbero avere importanti implicazioni per la ricerca sui farmaci e l'ingegneria enzimatica. Pubblicazione in Angewandte Chemie .

Il nuovo modello, chiamato adattamento indotto dal substrato, potrebbe formare un nuovo paradigma in enzimologia, il campo che studia gli enzimi e le loro reazioni. Per capire questo, considerare i primi giorni di questo campo. Alla fine del XIX secolo, gli enzimi e le sostanze con cui reagiscono, chiamati substrati, erano visti come un lucchetto e una chiave che si adattavano perfettamente l'uno all'altro. Dopo, sono emerse prove che indicavano che gli enzimi sono flessibili e cambiano forma per adattarsi meglio ai substrati, chiamato anche modello di adattamento indotto. L'autore principale Fredj Ben Bdira e i suoi colleghi ora sostengono che la flessibilità dei substrati è stata a lungo trascurata ed è essenziale per alcuni enzimi, da qui il loro nuovo modello.

Un enzima sospetto

Studiando l'enzima xilanasi, a Ben Bdira venne in mente che questo enzima non cambia realmente la sua conformazione, anche quando è esposto a substrati diversi. Questa osservazione non corrisponde al suddetto modello di adattamento indotto, che afferma che l'enzima cambia la sua conformazione per adattarsi meglio al substrato. Ben Bdira:"L'abbiamo notato nello stato cristallino, che di solito è più rigido. Quindi volevamo sapere:succede anche in soluzione, quando gli enzimi sono più flessibili? Per studiare questo, abbiamo sviluppato una nuova sonda, una piccola molecola che possiamo attaccare alla superficie dell'enzima." Ciò ha permesso ai ricercatori di monitorare i cambiamenti nell'enzima in soluzione, in ogni fase della reazione catalitica. "Siamo rimasti molto sorpresi di vedere che l'enzima quasi non ha cambiato la sua conformazione, simile a ciò che accade nello stato cristallino."

Prova

Un'altra cosa che i ricercatori hanno osservato è stato un miglioramento nella cosiddetta dinamica della scala temporale del millisecondo dell'enzima. Ben Bdira:"Questo miglioramento è spesso attribuito all'enzima che cambia e ottimizza la sua conformazione. Tuttavia, perché abbiamo già dimostrato che la xilanasi è rimasta rigida durante le diverse fasi del ciclo catalitico, doveva essere dovuto al legame del substrato in diversi registri e orientamenti all'interno della fessura di legame dell'enzima. Questo passaggio è seguito da una lenta distorsione del substrato per consentire la reazione da parte dell'enzima. E questo è totalmente nuovo in questo campo".

Migliorare lo sviluppo dei farmaci

Lo studio accentua l'importanza di studiare non solo l'enzima, ma anche la dinamica del substrato per ottenere un quadro completo delle reazioni catalizzate da enzimi. Sebbene siano necessarie ulteriori ricerche, i risultati potrebbero avere importanti conseguenze per la progettazione di farmaci. "In questo momento, gli scopritori di farmaci non prendono realmente in considerazione l'importanza della flessibilità del substrato, "La nostra scoperta potrebbe aprire la strada allo sviluppo di farmaci più potenti", afferma Ben Bdira.

Xilanasi

In questo studio, Ben Bdira guardò la xilanasi, un tipo di beta-glicosidasi che scompone lo xilano. "Xylan è una catena di molecole di zucchero che si trovano nelle pareti cellulari delle piante. È il componente principale del legno e il secondo materiale di biomassa rinnovabile più abbondante. L'enzima è utilizzato nell'industria alimentare e nello sbiancamento della pasta di carta". Prima, durante il suo dottorato di ricerca ricerca, il chimico ha anche studiato la xilanasi, così come altre beta-glicosidasi. Alla fine ha trovato modi per modificare questi enzimi per specifiche applicazioni biotecnologiche e per migliorare il trattamento dei pazienti con malattie metaboliche come la malattia di Gaucher.