Een onderzoeksteam van de Ruhr-Universität Bochum (RUB) en uit Zuid-Afrika heeft twee enzymen geanalyseerd met identieke substraatbindende pockets die toch verschillende substraten omzetten. In het proces, het bleek dat veranderingen aan het enzymoppervlak de substraatspecificiteit beïnvloeden door te wijzigen hoe dicht het erin zit. Deze bevindingen kunnen de weg vrijmaken voor het manipuleren van de enzymfunctie. De onderzoekers publiceerden hun rapport in het tijdschrift Communicatiebiologie op 2 november 2018.

De onderzoekers ontdekten dat plantenenzymen, zogenaamde nitrilasen, lijken heel erg op elkaar. Stuk voor stuk konden ze hun onderdelen vervangen. "We hebben dus ontdekt dat door slechts één enkel onderdeel op het oppervlak te verwisselen, we zouden het ene enzym het substraat van een ander enzym kunnen laten omzetten, " legt universitair hoofddocent Dr. Markus Piotrowski van de afdeling Moleculaire Genetica en Fysiologie van Planten bij RUB uit.

De onderzoekers gebruikten elektronenmicroscopie om te analyseren waarom een ​​wijziging van het oppervlak de substraatbinding binnenin kan beïnvloeden. De geanalyseerde nitrilasen vormen grotere helices die groot genoeg zijn om onder een elektronenmicroscoop zichtbaar te worden gemaakt. "We konden dus zien dat veranderingen aan het oppervlak ertoe leidden dat enzymmoleculen in de helix min of meer dicht opeengepakt waren, " zegt Piotrowski. "Dit, beurtelings, vermoedelijk zorgt ervoor dat de substraatbindingsplaats min of meer stevig wordt samengedrukt." In zijn strakker samengedrukte toestand, de bindingszak is niet langer toegankelijk voor grotere substraatmoleculen.

Voor onderzoekers, nitrilasen vormen een model van de evolutie van enzymen, maar ze worden ook ingezet in de chemische en farmaceutische industrie als biokatalysatoren. Daten, experimenten die gericht zijn op het modificeren van deze enzymen door hun substraatbindingsplaats te veranderen, zijn meestal niet succesvol geweest. "Onze resultaten hebben aangetoond dat de quaternaire structuur, namelijk het aantal en de rangschikking van individuele enzymmoleculen, in aanmerking moet worden genomen, " zegt Markus Piotrowski. Dienovereenkomstig, gerichte modificaties van de enzymfunctie kunnen worden bereikt zonder veranderingen aan het enzym zelf aan te brengen, maar alleen door het te comprimeren tot nitrilasehelices met verschillende dichtheden.