Leidse chemici hebben een nieuw model voor enzymatische reacties voorgesteld waarbij de flexibiliteit van het substraat veel belangrijker is dan eerder werd gedacht. Hun resultaten zijn paradigmaverschuivend en kunnen grote implicaties hebben voor geneesmiddelenonderzoek en enzymtechnologie. publicatie in Angewandte Chemie .

Het nieuwe model, genaamd substraat-geïnduceerde fit, zou een nieuw paradigma in de enzymologie kunnen vormen. het veld dat enzymen en hun reacties bestudeert. Om dit te begrijpen, denk aan de begindagen van dit veld. Aan het eind van de 19e eeuw, enzymen en de stoffen waarmee ze reageren - substraten genoemd - werden gezien als een slot en een sleutel die perfect op elkaar pasten. Later, Er ontstond bewijs dat aangaf dat enzymen flexibel zijn en van vorm veranderen om substraten beter te kunnen accommoderen - ook wel het 'induced-fit'-model genoemd. Hoofdauteur Fredj Ben Bdira en zijn collega's stellen nu dat de flexibiliteit van substraten lang over het hoofd is gezien en essentieel is voor bepaalde enzymen, vandaar hun nieuwe model.

Een verdacht enzym

Tijdens het bestuderen van het enzym xylanase, het kwam bij Ben Bdira op dat dit enzym zijn conformatie niet echt verandert, zelfs wanneer het wordt blootgesteld aan verschillende ondergronden. Deze waarneming komt niet overeen met het eerder genoemde model van geïnduceerde fit, waarin staat dat het enzym zijn conformatie verandert om het substraat beter te kunnen accommoderen. Ben Bdira:"We merkten dit in de kristallijne toestand, dat is meestal steviger. Dus we wilden weten:gebeurt dit ook in oplossing, wanneer enzymen flexibeler zijn? Om dit te bestuderen, we hebben een nieuwe sonde ontwikkeld - een klein molecuul dat we aan het oppervlak van het enzym kunnen hechten." Hierdoor konden de onderzoekers veranderingen in het enzym in oplossing volgen, in elk stadium van de katalytische reactie. "We waren zeer verrast om te zien dat het enzym zijn conformatie bijna niet veranderde, vergelijkbaar met wat er gebeurt in de kristallijne toestand."

Een bewijs

Een ander ding dat de onderzoekers waarnamen, was een verbetering in de milliseconde tijdschaaldynamiek van het zogenaamde enzym. Ben Bdira:"Deze verbetering wordt vaak toegeschreven aan het enzym dat zijn conformatie verandert en optimaliseert. omdat we al hebben aangetoond dat xylanase rigide blijft tijdens de verschillende stadia van de katalytische cyclus, het moest te wijten zijn aan de binding van het substraat in verschillende registers en oriëntaties binnen de bindingsspleet van het enzym. Deze stap wordt gevolgd door een langzame vervorming van het substraat om de reactie door het enzym mogelijk te maken. En dat is totaal nieuw op dit gebied."

Verbetering van de ontwikkeling van geneesmiddelen

De studie benadrukt het belang van het bestuderen van niet alleen enzym maar ook substraatdynamiek om een ​​volledig beeld te krijgen van enzym-gekatalyseerde reacties. Hoewel verder onderzoek nodig is, de resultaten kunnen grote gevolgen hebben voor het ontwerp van geneesmiddelen. "Op dit moment, medicijnontdekkers houden niet echt rekening met het belang van substraatflexibiliteit, " Zegt Ben Bdira. "Onze ontdekking zou de weg kunnen banen voor de ontwikkeling van krachtigere medicijnen." Het gebied van eiwittechnologie kan net zo goed profiteren van dit nieuwe inzicht door de flexibiliteit van substraten te overwegen om meer bekwame katalysatoren te creëren.

xylanase

In dit onderzoek, Ben Bdira keek naar xylanase, een type bèta-glycosidase dat xylaan afbreekt. "Xylan is een keten van suikermoleculen die te vinden is in celwanden van planten. Het is het hoofdbestanddeel van hout en het op één na meest voorkomende hernieuwbare biomassamateriaal. Het enzym wordt gebruikt in de voedingsindustrie en bij het bleken van papierpulp." Eerder, tijdens zijn Ph.D. Onderzoek, de chemicus bestudeerde ook xylanase, evenals andere bèta-glycosidasen. Uiteindelijk vond hij manieren om deze enzymen te veranderen voor specifieke biotechnologische toepassingen en om de behandeling van patiënten met stofwisselingsziekten zoals de ziekte van Gaucher te verbeteren.