Onderzoekers van de North Carolina State University en de University of Texas in Austin hebben de structuur van een substraatgebonden ijzer-2-oxoglutaraat (Fe/2OG)-enzym gedefinieerd om te onderzoeken of deze enzymen kunnen worden gebruikt om een ​​breed scala aan moleculen te creëren. Ze onderzochten de actieve plaats van het enzym om te bepalen of het zich aan verschillende substraten kan binden. Bovendien zagen ze in plaats van zuurstoftoevoeging dat Fe / 2OG-enzymen waarschijnlijk kationen gebruiken - zeer reactieve soorten - om desaturatie tijdens katalyse te veroorzaken. Het werk, gepubliceerd in Nature Communications , zou kunnen leiden tot het gebruik van Fe/2OG-enzymen bij het maken van een breed scala aan waardevolle moleculen.

Enzymen in de Fe/2OG-familie komen van nature voor - ze worden in alles aangetroffen, van bacteriën tot planten en dieren. Als zodanig hebben deze enzymen het potentieel om te worden gebruikt als een groener, efficiënter platform voor het maken van moleculen zoals vinylisonitrillen, die antibiotische eigenschappen hebben. De routes waarmee Fe/2OG-enzymen deze moleculen maken, zijn echter slecht begrepen.

"Het eindspel is om te begrijpen hoe de enzymen in deze familie bepaalde moleculen creëren, zodat we mogelijk kunnen meeliften op een natuurlijk proces dat de huidige chemie niet kan repliceren", zegt Wei-chen Chang, universitair hoofddocent chemie aan de North Carolina State University en co. -corresponderende auteur van een paper waarin het werk wordt beschreven. "Dus hebben we gekeken naar een aantal verschillende enzymen binnen de Fe/2OG-familie om te zien hoe ze verschillende transformaties uitvoerden met hetzelfde substraat of molecuul waaraan ze binden."

Door te focussen op hoe het enzym bindt aan een bepaald substraat, kunnen de onderzoekers bepalen welke andere substraten door het enzym kunnen worden gebruikt, een efficiëntere manier om potentiële reacties en producten te bepalen dan door te experimenteren.

Het onderzoeksteam concentreerde zich op twee Fe/2OG-enzymen - PvcB en PlsnB - en vergeleek hun structuren en de producten die ze maakten. Ze identificeerden bindingsplaatsen op beide enzymen, maar toen ze wilden onderzoeken hoe het enzym zijn transformaties uitvoerde, deden ze een verrassende vondst.

"Normaal gesproken gebeurt de manier waarop Fe/2OG-enzymen een nieuw product katalyseren of creëren, als volgt:het enzym bindt zich aan het substraat, een enkel zuurstofatoom uit moleculaire zuurstof (O₂ ) wordt in het substraat gebracht en zuurstoftoevoeging stimuleert de reactie", zegt Chang. "Dat proces wordt hydroxylering genoemd.

"Maar voor deze enzymen wordt de transformatie of reactie niet aangedreven door hydroxylering, maar door een reactief kation dat de daaropvolgende desaturaties veroorzaakt, waarbij nieuwe bindingen worden geïntroduceerd."

De twee onderzochte Fe/2OG-enzymen (PIsnB en PvcB) gebruikten fundamenteel verschillende desaturatie om verschillende producten van hetzelfde substraat te maken.

"Nu we weten hoe deze enzymen transformaties katalyseren en de bindingsplaatsen hebben gevonden, hebben we een basis om te bepalen wat ze kunnen doen in termen van reacties", zegt Chang. "We kunnen ook de beste substraten aanbevelen en voorspellen die we kunnen gebruiken om gerichte producten te krijgen." + Verder verkennen

Optimale concentraties van enzymen en hun substraten