Naissance d'une enzyme

L'humanité a triomphé en « concurrence » récente contre la nature quand les scientifiques ont réussi à produire un type neuf d'enzyme pour une réaction pour laquelle aucune enzyme naturelle n'a évolué.

Cet accomplissement ouvre la trappe au développement d'un grand choix d'applications possibles dans le médicament et l'industrie.

Les enzymes sont, sans aucun doute, un modèle précieux pour comprendre les travaux compliqués de la nature. Ces machines moléculaires - qui sans elles, durée n'existeraient pas - sont responsables de commencer des réactions chimiques dans le fuselage. Les millions d'années de sélection naturelle ont réglé avec précision l'activité de telles enzymes, permettant des réactions chimiques d'avoir lieu des millions de périodes plus rapidement. Afin de produire les enzymes artificielles, une compréhension complète de la structure des enzymes naturelles, leur mode d'action, ainsi que techniques avancées de bureau d'études de protéine est nécessaire. Une équipe des scientifiques de l'université de Washington, de Seattle, et de l'institut de Weizmann de la Science, Israël, a effectué une découverte essentielle vers cet effort. Leurs découvertes ont récent été publiées dans la nature de tourillon scientifique.

Les enzymes sont des catalyseurs biologiques qui sont effectués à partir d'une chaîne de caractères des acides aminés, qui se plient dans les structures des protéines en trois dimensions spécifiques. L'objectif des scientifiques était de produire une enzyme pour une réaction chimique spécifique par lequel un proton (a franchement - atome d'hydrogène chargé) soit retiré du carbone - une opération hautement exigeante de réaction et de régime-détermination dans les nombreux procédés pour lesquels enzyme n'existe pas actuel, mais lesquels serait avantageux dans l'aide pour accélérer la réaction. Pendant la première chaleur de la « concurrence, » l'équipe de recherche a conçu le « coeur » de la machine enzymatique - le site actif - où les réactions chimiques ont lieu.

La deuxième chaleur de la concurrence était de concevoir le réseau général de l'enzyme, c.-à-d., pour déterminer la séquence des 200 acides aminés qui composent la structure de la protéine. Ce n'était aucun exploit facile voyant car il y a un numéro infini des voies d'arranger 20 types différents d'acides aminés dans des chaînes de caractères de 200. Mais dans la pratique, seulement un numéro limité des possibilités sont procurable comme la séquence des acides aminés détermine la structure de l'enzyme, qui consécutivement, détermine son activité spécifique. Prof. David Baker de l'université de Washington, Seattle, méthodologies de calcul nouvelles utilisées pour balayer des dizaines de milliers de possibilités de séquence, recensant environ 60 enzymes de calcul conçues qui ont eu le potentiel d'effectuer l'activité destinée. De ces 60 séquences vérifiées, huit avancés au prochain « rond » ayant montré l'activité biologique. De ces autres huit, trois séquences ont obtenu à la « phase finale, » qui prouvé pour être le plus en activité. Jeu rouleau-tambour. Orly Dym et Shira Albeck du Service de Biologie structurel de l'institut de Weizmann ont résolu la structure d'un des concurrents finaux, et ont confirmé que les enzymes produites étaient presque identiques au modèle de calcul prévu.

Mais le rendement des enzymes neuves ne pourrait pas comparer à cela des enzymes naturelles qui ont évolué au-dessus des millions d'années. C'est où la « humanité » était à la veille de détruire la concurrence à la nature, jusqu'à ce que prof. Dan Tawfik et étudiant chercheur Olga Khersonsky du service de la biochimie de l'institut de Weizmann ait intervenu, par lequel elles aient développé une méthode permettant aux enzymes synthétiques de subir la « évolution dans une éprouvette » cette évolution naturelle d'imitateurs. Leur méthode est basée sur les ronds répétés des mutations faites au hasard suivies de balayer les enzymes de mutant pour trouver ceux qui ont montré la plupart d'amélioration dans le rendement. Ces enzymes ont alors subi des ronds plus additionnels de mutation et d'examen critique. Les résultats prouvent qu'elle prend seulement sept séries d'évolution dans une éprouvette pour améliorer le fois du rendement 200 des enzymes avec le rendement de la matrice ordinateur-conçue, ayant pour résultat une augmentation de million-pli des régimes de réaction avec ceux qui ont lieu faute d'enzyme.

Les scientifiques ont constaté que les mutations se produisant dans l'endroit entourant le site actif des enzymes ont entraîné les modifications de structure moins importantes, qui consécutivement, ont eu comme conséquence un régime de réaction chimique accru. Ces mutations semblent pour cette raison rectifier des points faibles dans le modèle de calcul, en jetant la lumière sur ce qui pourrait manquer dans les modèles originels. D'autres mutations ont augmenté la souplesse des enzymes, qui ont aidé à augmenter la vitesse du desserrage de substrat du site actif.

La « reproduction des rendements stupéfiants des enzymes naturelles est une tâche effrayante, mais la combinaison du modèle de calcul et l'évolution in vitro moléculaire ouvrent des horizons neufs dans la création des enzymes synthétiques, » dit Tawfik. « Grâce à cette recherche, nous avons gagné une meilleure compréhension de la structure des enzymes ainsi que de leur mode d'action. Ceci, à leur tour, nous permettra de concevoir et produire les enzymes aux lesquelles la nature elle-même « n'avait pas pensé », tels que laquelle pourrait être employée dans procédés variés, les poisons la neutralisation, des médicaments se développants, ainsi que pour beaucoup autres d'applications possibles. »