Nascita di un enzima

L'umanità ha trionfato “in una concorrenza„ recente contro la natura quando gli scienziati sono riuscito a creare un nuovo tipo di enzima per una reazione per cui nessun enzima naturale si è evoluto.

Questo risultato apre la porta allo sviluppo di varie applicazioni potenziali nella medicina e nell'industria.

Gli enzimi sono, senza dubbio, un modello apprezzato per la comprensione degli impianti complessi della natura. Questi commputer molecolari - che senza di loro, vita non esisterebbero - sono responsabili dell'inizio delle reazioni chimiche all'interno dell'organismo. Milioni di anni di selezione naturale hanno regolato l'attività di tali enzimi, permettendo che le reazioni chimiche abbiano luogo milioni di periodi più velocemente. Per creare gli enzimi artificiali, una comprensione completa della struttura degli enzimi naturali, il loro modo di atto come pure le tecniche avanzate di assistenza tecnica della proteina è necessari. Un gruppo degli scienziati dall'università di Washington, da Seattle e dall'istituto di scienza, Israele di Weizmann, ha fatto un'innovazione cruciale verso questo sforzo. I loro risultati recentemente sono stati pubblicati nella natura del giornale scientifico.

Gli enzimi sono catalizzatori biologici che sono fatti da una serie di amminoacidi, che profilatura nelle strutture tridimensionali specifiche della proteina. Lo scopo degli scienziati era di creare un enzima per una reazione chimica specifica con cui un protone (a positivamente - atomo di idrogeno fatto pagare) è eliminato da carbonio - un punto altamente richiedente di tariffa-determinazione e della reazione nei numerosi trattamenti per cui nessun enzima corrente esiste, ma cui sarebbe utile nel contribuire ad accelerare la reazione. Durante il primo calore “della concorrenza,„ il gruppo di ricerca ha progettato “il cuore„ del commputer enzimatico - il sito attivo - dove le reazioni chimiche hanno luogo.

Il secondo calore della concorrenza era di progettare la spina dorsale dell'enzima, cioè, per determinare la sequenza dei 200 amminoacidi che compongono la struttura della proteina. Ciò non era abilità facile che vede poichè ci sono un numero infinito di modi sistemare 20 tipi differenti di amminoacidi nelle serie di 200. Ma in pratica, soltanto un numero limitato delle possibilità è disponibile come la sequenza degli amminoacidi determina la struttura dell'enzima, che a sua volta, determina la sua attività specifica. Prof. David Baker dell'università di Washington, Seattle, metodologie di calcolo novelle usate per scandire decine di migliaia di possibilità di sequenza, identificanti circa 60 enzimi informaticamente progettati che hanno avuti il potenziale di svolgere l'attività progettata. Di queste 60 sequenze provate, otto avanzati “al giro„ seguente che indica attività biologica. Di questi otto rimanenti, tre sequenze passate attraverso “allo stadio finale,„ che è risultato essere la maggior parte del attivo. DRS. Orly Dym e Shira Albeck del dipartimento di biologia strutturale dell'istituto di Weizmann hanno risolto la struttura di uno dei concorrenti definitivi ed hanno confermato che gli enzimi creati erano quasi identici alla progettazione di calcolo preveduta.

Ma il risparmio di temi di nuovi enzimi non potrebbe confrontare a quello degli enzimi naturali che si sono evoluti sopra milioni di anni. Ciò è dove “l'umanità„ era sull'orlo della perdita della concorrenza alla natura, finché prof. Dan Tawfik ed il ricercatore Olga Khersonsky dell'instituto della biochimica dell'istituto di Weizmann non abbiano fatto un passo dentro, con cui hanno messo a punto un metodo permettendo che gli enzimi sintetici subiscano “l'evoluzione in una provetta„ quell'evoluzione naturale dei mimi. Il loro metodo è basato sui giri ripetuti delle mutazioni casuali seguite dalla scansione degli enzimi mutanti per trovare quei che abbiano mostrato la maggior parte del miglioramento nel risparmio di temi. Questi enzimi poi hanno subito ulteriori giri della mutazione e della selezione. I risultati indicano che cattura soltanto sette giri di evoluzione in una provetta per migliorare la volta del risparmio di temi 200 degli enzimi rispetto al risparmio di temi del modello computer-progettato, con conseguente aumento del milione-popolare nelle velocità di reazione rispetto a quelle che hanno luogo in assenza di un enzima.

Gli scienziati hanno trovato che le mutazioni che accadono nell'area che circonda il sito attivo degli enzimi hanno causato i mutamenti strutturali secondari, che a sua volta, hanno provocato una velocità di reazione chimica aumentata. Queste mutazioni quindi sembrano correggere le imperfezioni nella progettazione di calcolo, facendo luce su che cosa potrebbe mancare di nelle progettazioni originali. Altre mutazioni hanno aumentato la flessibilità degli enzimi, che hanno contribuito ad aumentare la velocità della versione del substrato dal sito attivo.

“Riprodurre le prestazioni strabilianti degli enzimi naturali è un compito spaventoso, ma la combinazione di progettazione di calcolo e l'evoluzione in vitro molecolare aprono i nuovi orizzonti nella creazione degli enzimi sintetici,„ dice Tawfik. “Grazie a questa ricerca, abbiamo guadagnato una migliore comprensione della struttura degli enzimi come pure del loro modo di atto. Ciò, a sua volta, permetterà che noi progettiamo e creare gli enzimi a cui la natura stessa “non aveva pensato„, cui potrebbe essere utilizzata nei vari trattamenti, come veleni neutralizzare, le medicine di sviluppo come pure per molte ulteriori applicazioni potenziali.„