Nascimento de uma enzima

A humanidade triunfou em uma “competição recente” contra a natureza quando os cientistas sucederam em criar um novo tipo de enzima para uma reacção para que nenhuma enzima natural evoluiu.

Esta realização abre a porta à revelação de uma variedade de aplicações potenciais na medicina e na indústria.

As enzimas são, sem uma dúvida, um modelo valioso para compreender os trabalhos intrincados da natureza. Estas máquinas moleculars - que sem elas, vida não existiriam - são responsáveis para iniciar reacções químicas dentro do corpo. Milhões de anos de selecção natural ajustaram a actividade de tais enzimas, permitindo reacções químicas ocorrer mais rapidamente milhões de épocas. A fim criar enzimas artificiais, uma compreensão detalhada da estrutura de enzimas naturais, seu modo de acção, assim como as técnicas avançadas da engenharia da proteína são necessários. Uma equipe dos cientistas da universidade de Washington, de Seattle, e do instituto da ciência, Israel de Weizmann, fez uma descoberta crucial para este esforço. Seus resultados têm sido publicados recentemente na natureza do jornal científico.

As enzimas são os catalizadores biológicos que são feitos de uma corda dos ácidos aminados, que se dobram em estruturas tridimensionais específicas da proteína. O alvo dos cientistas era criar uma enzima para uma reacção química específica por meio de que um protão (a positivamente - átomo de hidrogênio cobrado) é removido do carbono - uma etapa altamente de exigência da reacção e da taxa-determinação nos processos numerosos para que nenhuma enzima existe actualmente, mas que seria benéfico na ajuda acelerar a reacção. Durante o primeiro calor da “competição,” a equipa de investigação projectou o “coração” da máquina enzimático - o local activo - onde as reacções químicas ocorrem.

O segundo calor da competição era projectar a espinha dorsal da enzima, isto é, determinar a seqüência dos 200 ácidos aminados que compo a estrutura da proteína. Este não era nenhum repto fácil que vê porque há um número infinito de maneiras de arranjar 20 tipos diferentes de ácidos aminados em cordas de 200. Mas na prática, somente um número limitado de possibilidades está disponível como a seqüência dos ácidos aminados determina a estrutura da enzima, que por sua vez, determina sua actividade específica. Prof. David Baker da universidade de Washington, Seattle, metodologias computacionais novas usadas para fazer a varredura de dez dos milhares de possibilidades da seqüência, identificando aproximadamente 60 enzimas computacionalmente projetadas que tiveram o potencial realizar a actividade pretendida. Destas 60 seqüências testadas, oito avançados ao “redondo seguinte” que mostra a actividade biológica. Destes oito permanecendo, três seqüências obtiveram completamente ao “estado final,” que provou ser o mais activo. Afastamento cilindro/rolo. Orly Dym e Shira Albeck do departamento de biologia estrutural do instituto de Weizmann resolveram a estrutura de um dos concorrentes finais, e confirmaram que as enzimas criadas eram quase idênticas ao projecto computacional previsto.

Mas a eficiência das enzimas novas não poderia comparar àquela das enzimas naturais que evoluíram sobre milhões de anos. Isto foi o lugar onde a “humanidade” estava à beira de perder a competição à natureza, até que o prof. Dan Tawfik e o estudante de pesquisa Olga Khersonsky do departamento de química biológica do instituto de Weizmann pisaram dentro, por meio de que desenvolveu um método permitindo que as enzimas sintéticas se submetam à “evolução em um tubo de ensaio” essa evolução natural das indicações. Seu método é baseado em círculos repetidos das mutações aleatórias seguidas fazendo a varredura as enzimas do mutante para encontrar esses que mostraram a maioria de melhoria na eficiência. Estas enzimas submeteram-se então a uns círculos mais adicionais da mutação e da selecção. Os resultados mostram que toma somente sete círculos da evolução em um tubo de ensaio para melhorar a dobra da eficiência 200 das enzimas comparada com a eficiência do molde computador-projetado, tendo por resultado um aumento da milhão-dobra nas taxas de reacção comparadas com as aquelas que ocorrem na ausência de uma enzima.

Os cientistas encontraram que as mutações que ocorrem na área que cerca o local activo da enzima causaram as mudanças estruturais menores, que por sua vez, conduziram a uma taxa de reacção química aumentada. Estas mutações parecem conseqüentemente corrigir defeitos no projecto computacional, derramando a luz no que pôde faltar nos projectos originais. Outras mutações aumentaram a flexibilidade das enzimas, que ajudaram a aumentar a velocidade da liberação da carcaça do local activo.

“Reproduzir os desempenhos excitantes de enzimas naturais é uma tarefa intimidante, mas a combinação de projecto computacional e in vitro a evolução molecular abrem horizontes novos na criação de enzimas sintéticas,” diz Tawfik. “Agradecimentos a esta pesquisa, nós ganhamos uma compreensão melhor da estrutura das enzimas assim como de seu modo de acção. Isto, por sua vez, permitirá que nós projectem e para criar as enzimas de que a natureza própria “não tinha pensado”, que poderia ser usada em vários processos, tais como venenos neutralizar, as medicinas se tornando, assim como para muitas aplicações potenciais mais adicionais.”