A) Hapalindole U, paerucumarin, rabduscina e byelyankacin sono biosintetizzati tramite 1, 2 o 3 come intermedi chiave. Gli enzimi dipendenti dal ferro e dal 2-ossoglutarato catalizzano la desaturazione assistita dalla decarbossilazione e la deidrogenazione formale per installare rispettivamente i gruppi vinil isonitrile (1 e 3) e isocianoacrilato (2). La posizione di desaturazione è evidenziata in rosso. B) Analoghi del substrato (5–8) e sonde meccanicistiche (9–10) utilizzati in questo studio. Credito:Wantae Kim et al, Nature Communications (2022). DOI:10.1038/s41467-022-32870-4
I ricercatori della North Carolina State University e dell'Università del Texas ad Austin hanno definito la struttura di un enzima ferro 2-ossoglutarato (Fe/2OG) legato al substrato per esplorare se questi enzimi potrebbero essere utilizzati per creare un'ampia gamma di molecole. Hanno sondato il sito attivo dell'enzima per determinarne la capacità di legarsi con diversi substrati. Inoltre, piuttosto che l'aggiunta di ossigeno, hanno visto che gli enzimi Fe/2OG probabilmente utilizzano cationi, specie altamente reattive, per guidare la desaturazione durante la catalisi. L'opera, pubblicata su Nature Communications , potrebbe portare all'uso degli enzimi Fe/2OG nella creazione di un'ampia gamma di molecole preziose.
Gli enzimi della famiglia Fe/2OG sono presenti in natura:si trovano in qualsiasi cosa, dai batteri alle piante e agli animali. In quanto tali, questi enzimi hanno il potenziale per essere utilizzati come piattaforma più ecologica ed efficiente per la creazione di molecole come i vinil isonitrili, che hanno proprietà antibiotiche. Tuttavia, i percorsi attraverso i quali gli enzimi Fe/2OG creano queste molecole sono poco conosciuti.
"L'obiettivo finale è capire come gli enzimi in questa famiglia creano molecole particolari, in modo che possiamo potenzialmente cavalcare un processo naturale che la chimica attuale non può replicare", afferma Wei-chen Chang, professore associato di chimica presso la North Carolina State University e co. -autore corrispondente di un paper che descrive l'opera. "Quindi abbiamo esaminato un paio di enzimi diversi all'interno della famiglia Fe/2OG per vedere come hanno eseguito trasformazioni diverse utilizzando lo stesso substrato o molecola a cui si legano".
Concentrandosi su come l'enzima si lega a un particolare substrato, i ricercatori possono determinare quali altri substrati potrebbero essere utilizzati dall'enzima, un modo più efficiente per determinare potenziali reazioni e prodotti rispetto alla sperimentazione.
Il team di ricerca si è concentrato su due enzimi Fe/2OG, PvcB e PlsnB, e ha confrontato le loro strutture e i prodotti realizzati. Hanno identificato i siti di legame su entrambi gli enzimi, ma quando si è trattato di esplorare come l'enzima ha eseguito le sue trasformazioni, hanno fatto una scoperta sorprendente.
"Normalmente, il modo in cui gli enzimi Fe/2OG catalizzano o creano un nuovo prodotto avviene in questo modo:l'enzima si lega al substrato, un singolo atomo di ossigeno dall'ossigeno molecolare (O2 ) viene introdotto nel substrato e l'aggiunta di ossigeno guida la reazione", afferma Chang. "Quel processo è chiamato idrossilazione.
"Ma per questi enzimi, la trasformazione o reazione non è guidata dall'idrossilazione, ma da un catione reattivo che innesca le successive desaturazioni, dove vengono introdotti nuovi legami."
I due enzimi Fe/2OG studiati (PIsnB e PvcB) hanno utilizzato una desaturazione fondamentalmente distinta per creare prodotti diversi dallo stesso substrato.
"Ora sappiamo come questi enzimi catalizzano le trasformazioni e hanno trovato i siti di legame, abbiamo una base per determinare cosa possono fare in termini di reazioni", afferma Chang. "Possiamo anche consigliare e prevedere i migliori substrati da utilizzare per ottenere prodotti mirati". + Esplora ulteriormente
