I ricercatori dell'Università Autonoma di Barcellona (UAB) hanno sviluppato nanozimi minimi con la capacità di catturare l'anidride carbonica (CO2 ) emessi nei processi industriali - e applicabili ad altri processi di bonifica ambientale - basati su strutture molecolari artificiali formate da peptidi di soli sette amminoacidi.
Queste nuove molecole potrebbero anche agire come metalloenzimi e ciò apre nuove possibilità nella ricerca biotecnologica. Lo studio fornisce anche un nuovo contributo all'origine dell'attività catalitica all'inizio della vita.
La ricerca, con Salvador Ventura come coordinatore e Susanna Navarro come prima autrice, è stata recentemente pubblicata su ACS Nano . Entrambi sono ricercatori presso l'Istituto di Biotecnologia e Biomedicina e presso il Dipartimento di Biochimica e Biologia Molecolare dell'UAB, e hanno lavorato insieme allo studio con ricercatori del Dipartimento di Chimica dell'UAB e del Centro di ricerca bioGUNE.
Nel 2018, i ricercatori dell'UAB sono riusciti a creare molecole molto corte capaci di autoassemblarsi, ispirate alla naturale capacità di autoassemblarsi delle fibrille amiloidi e basate su uno specifico sequenziamento delle proteine prioniche. Questi amiloidi artificiali hanno attività catalitiche, con vantaggi quali modularità, flessibilità, stabilità e riutilizzo rispetto agli enzimi naturali.
Ora, i ricercatori hanno scoperto la loro capacità di legarsi efficacemente agli ioni metallici e di agire come elementi di immagazzinamento di metalli e metalloenzimi.
"Questi peptidi erano particolari, poiché non contenevano i tipici amminoacidi, come l'istidina, che spesso è considerata essenziale per la coordinazione degli ioni metallici negli enzimi, e che si pensava fossero essenziali per l'attività catalitica. Al contrario, erano arricchito con residui di tirosina, un elemento che sebbene meno conosciuto in questo contesto, può anche avere la capacità unica di legarsi agli ioni metallici se si trova nel corretto contesto strutturale. La capacità di farlo della tirosina è ciò che abbiamo utilizzato per creare i nostri nanozimi ," ha detto Ventura.
I risultati possono essere applicati a diversi ambiti. Innanzitutto, i nanozimi sono stabili e possono essere utilizzati per la bonifica ambientale, nei processi di trattamento delle acque reflue o nei terreni contaminati, data la loro notevole capacità di sequestrare ioni metallici.
In secondo luogo, possono funzionare come metalloenzimi, capaci di catalizzare reazioni in condizioni in cui gli attuali enzimi, molto meno stabili, sarebbero incapaci di agire. Ciò apre nuove possibilità nella ricerca nel campo della biotecnologia, ad esempio nella catalizzazione di reazioni a temperature e valori di pH estremi.
Sulla base dei nanozimi da loro progettati, i ricercatori sono convinti di aver sviluppato con successo una variante minimalista dell'enzima anidrasi carbonica in grado di immagazzinare in modo efficiente CO2 emessi dai gas serra e ad un costo di produzione molto inferiore rispetto agli enzimi naturali.
Per ottenere questi nuovi nanozimi, i ricercatori hanno formulato l'ipotesi che l'attività catalitica all'origine della vita potrebbe essere emersa come risultato dell'autoassemblaggio di peptidi corti e di bassa complessità in strutture simili agli amiloidi che fungevano da enzimi ancestrali primordiali. /P>
"Dimostrare che queste molecole hanno un'azione catalitica senza la necessità della coordinazione convenzionale basata sull'istidina rappresenta un cambiamento significativo nel modo in cui comprendiamo l'origine dell'attività catalitica all'inizio della vita. Ora sappiamo che questa attività può essere raggiunta se i peptidi ancestrali contengono tirosina, suggeriamo quindi che sia altamente probabile che gli enzimi ancestrali a base di amiloide utilizzassero anche questo secondo aminoacido nelle loro reazioni chimiche," conclude Ventura.
Nello studio, i ricercatori hanno combinato esperimenti e simulazioni utilizzando una varietà di tecniche come spettrofotometria, fluorescenza, microscopia elettronica, diffrazione elettronica e modellazione computazionale avanzata.
Ulteriori informazioni: Susanna Navarro et al, Le fibrille amiloidi formate da peptidi corti ispirati ai prioni sono metalloenzimi, ACS Nano (2023). DOI:10.1021/acsnano.3c04164
Informazioni sul giornale: ACS Nano
Fornito da Università Autonoma di Barcellona
