Videnskab
 science >> Videnskab >  >> Kemi

Enzymkonformation påvirker ydeevnen af ​​lipase-drevne nanomotorer

Kredit:Angewandte Chemie

En undersøgelse foretaget af forskere ved Centro Nacional de Investigaciones Cardiovasculares (CNIC), Universidad Complutense (UCM), Universidad de Girona (UdG), og Institute for Bioengineering of Catalonia (IBEC), samarbejde med andre internationale centre, har overvundet en af ​​de vigtigste forhindringer for brugen af ​​nanorobotter drevet af lipaser, enzymer, der spiller væsentlige roller i fordøjelsen ved at nedbryde fedtstoffer i fødevarer, så de kan optages.

Undersøgelsen blev koordineret af Marco Filice fra CNIC Microscopy and Dynamic Imaging Unit - en del af ReDIB Infraestructura Científico Técnica Singular (ICTS) - professor ved Pharmacy Faculty (UCM) og ICREA Research Professor Samuel Sánchez fra IBEC. Artiklen, offentliggjort i tidsskriftet Angewandte Chemie International Edition , beskriver et værktøj til at modulere motorer drevet af enzymer, udvide deres potentielle biomedicinske og miljømæssige anvendelser.

Mikroorganismer er i stand til at svømme gennem komplekse miljøer, reagere på deres omgivelser, og organisere sig selvstændigt. Inspireret af disse evner, i løbet af de sidste 20 år har videnskabsmænd formået kunstigt at kopiere disse små svømmere, først på makro-mikro-skalaen og derefter på nano-skalaen, finde anvendelser inden for miljøsanering og biomedicin.

"Farten, bæreevne, og let overfladefunktionalisering af mikro- og nanomotorer har set nyere forskningsfremskridt konvertere disse enheder til lovende instrumenter til at løse mange biomedicinske problemer. Imidlertid, en vigtig udfordring for den bredere brug af disse nanorobotter er at vælge en passende motor til at drive dem frem, " forklarede Sánchez.

I løbet af de sidste 5 år, IBEC-gruppen har været banebrydende i brugen af ​​enzymer til at generere fremdriftskraften til nanomotorer. "Biokatalytiske nanomotorer bruger biologiske enzymer til at omdanne kemisk energi til mekanisk kraft, og denne tilgang har vakt stor interesse på området, med urease, katalase, og glucoseoxidase blandt de hyppigste valg til at drive disse små motorer, " sagde Sánchez.

CNIC-gruppen er førende inden for strukturel manipulation og immobilisering af lipaseenzymer på overfladen af ​​forskellige nanomaterialer. Lipaser udgør fremragende nanomotoriske komponenter, fordi deres katalytiske mekanisme involverer store konformationelle ændringer mellem en åben, aktiv form og en lukket,

"I dette projekt vi undersøgte effekten af ​​at modulere den katalytiske aktivitet af lipaseenzymer til at drive siliciumbaserede nanopartikler, " forklarede Filice.

Ud over den 3-dimensionelle konformation af enzymet, holdet undersøgte også, hvordan kontrol af enzymets orientering under dets immobilisering på den nanomotoriske overflade påvirker dets katalytiske aktivitet og derfor fremdriften af ​​nanorobotterne.

Forskerne modificerede kemisk overfladen af ​​siliciumnanopartikler for at generere tre specifikke kombinationer af lipasekonformationer og -orienteringer under immobilisering:1) åben konformation plus kontrolleret orientering; 2) lukket konformation plus ukontrolleret orientering; 3) en situation mellem 1 og 2.

Holdet analyserede de tre typer nanorobotter med spektroskopiske teknikker, analyser til at vurdere katalytiske parametre relateret til enzymaktivitet, Dynamiske molekylære simuleringer (udført af professor Silvia Osunas team på UdG), og direkte sporing af individuelle nanomotoriske baner ved mikroskopiteknikker. "Resultaterne viser, at kombination af en åben enzymkonformation med en specifik orientering på nanomotoren er afgørende for at opnå kontrolleret fremdrift."