Scienziati specializzati nello studio della coreografia atomo per atomo degli enzimi hanno rivelato nuove intuizioni sulla funzione dell'isopenicillina N sintasi, un enzima necessario per produrre alcuni degli antibiotici più critici al mondo.

Il team di scienziati dell'Università di Oxford, Diamond Light Source e Berkeley Lab hanno utilizzato una combinazione di metodi a raggi X per generare uno storyboard d'azione che mostra come l'isopenicillina N sintasi rimodella una molecola precursore lineare in una caratteristica molecola a doppio anello. Questa molecola a due anelli è il modello strutturale di partenza per una vasta classe di molecole complesse con proprietà antibiotiche note come beta-lattamici.

"La penicillina è uno dei primi antibiotici scoperti ed è ancora ampiamente utilizzato, ma il processo biologico responsabile della formazione della penicillina e dei relativi antibiotici cefalosporinici non è completamente compreso, " ha detto Jan Kern, uno scienziato dello staff del Berkeley Lab e uno degli autori principali del nuovo studio. "Abbiamo usato il nostro approccio "film molecolare" per scattare istantanee dell'enzima mentre reagisce con il suo substrato e l'ossigeno molecolare, e ora siamo in grado di comprendere meglio i primi passi in questa reazione di chiusura dell'anello".

Secondo Kern, i nuovi dettagli aiuteranno gli scienziati a modificare l'isopenicillina N sintasi per sintetizzare altri nuovi antibiotici e avranno anche implicazioni per la comprensione del meccanismo di reazione di un gruppo più ampio di enzimi correlati, compresi quelli coinvolti nella riparazione del DNA/RNA e nella risposta dei tessuti umani a bassi livelli di ossigeno.

L'approccio del team combina dati cristallografici a raggi X e spettroscopici a raggi X per esaminare il movimento di atomi specifici in diversi momenti di una reazione. Nel caso dell'isopenicillina N sintasi, gli scienziati hanno studiato come un atomo di ferro nel sito attivo dell'enzima interagisce con l'ossigeno molecolare (O ₂ ) per catalizzare la reazione di formazione dell'anello. I dati sono stati raccolti presso Diamond Light Source, Nel regno unito; la Sub Angstrom Compact Light Source in Giappone e la Linac Coherent Light Source (LCLS) presso lo SLAC National Accelerator Laboratory.

Lo studio è stato pubblicato su Progressi scientifici .