Forskere udforsker enzymer, der bruger en kation, ikke oxygen-addition, til at fremkalde reaktioner

Forskere fra North Carolina State University og University of Texas i Austin har defineret strukturen af ​​et substratbundet jern-2-oxoglutarat (Fe/2OG) enzym for at undersøge, om disse enzymer kan bruges til at skabe en bred vifte af molekyler. De undersøgte enzymets aktive sted for at bestemme dets evne til at binde til forskellige substrater. Derudover så de snarere end oxygentilsætning, at Fe/2OG-enzymer sandsynligvis bruger kationer - stærkt reaktive arter - til at drive desaturation under katalyse. Værket, udgivet i Nature Communications , kunne føre til brugen af ​​Fe/2OG-enzymer til fremstilling af en bred vifte af værdifulde molekyler.

Enzymer i Fe/2OG-familien er naturligt forekommende - de findes i alt fra bakterier til planter og dyr. Som sådan har disse enzymer potentialet til at blive brugt som en grønnere, mere effektiv platform til at skabe molekyler såsom vinylisonitriller, som har antibiotiske egenskaber. Imidlertid er de veje, hvorved Fe/2OG-enzymer skaber disse molekyler, dårligt forstået.

"Slutspillet er at forstå, hvordan enzymerne i denne familie skaber særlige molekyler, så vi potentielt kan piggyback på en naturlig proces, som den nuværende kemi ikke kan kopiere," siger Wei-chen Chang, lektor i kemi ved North Carolina State University og co. -tilsvarende forfatter til et papir, der beskriver værket. "Så vi kiggede på et par forskellige enzymer inden for Fe/2OG-familien for at se, hvordan de udførte forskellige transformationer ved hjælp af det samme substrat eller molekyle, de binder til."

Ved at fokusere på, hvordan enzymet binder til et bestemt substrat, kan forskerne bestemme, hvilke andre substrater enzymet kan bruge, en mere effektiv måde at bestemme potentielle reaktioner og produkter på end eksperimentering.

Forskerholdet fokuserede på to Fe/2OG-enzymer - PvcB og PlsnB - og sammenlignede deres strukturer og de produkter, de lavede. De identificerede bindingssteder på begge enzymer, men da det kom til at udforske, hvordan enzymet udførte sine transformationer, gjorde de et overraskende fund.

"Normalt sker den måde Fe/2OG-enzymer katalyserer eller skaber et nyt produkt på sådan her:enzymet binder sig til substratet, et enkelt oxygenatom fra molekylært oxygen (O₂ ) indføres i substratet, og oxygentilsætning driver reaktionen," siger Chang. "Den proces kaldes hydroxylering.

"Men for disse enzymer er transformationen eller reaktionen ikke drevet af hydroxylering, men af ​​en reaktiv kation, der udløser de efterfølgende desaturationer, hvor nye bindinger introduceres."

De to undersøgte Fe/2OG-enzymer (PIsnB og PvcB) udnyttede fundamentalt forskellig desaturation til at skabe forskellige produkter fra det samme substrat.

"Nu ved vi, hvordan disse enzymer katalyserer transformationer og har fundet bindingsstederne, vi har et grundlag for at bestemme, hvad de kan gøre med hensyn til reaktioner," siger Chang. "Vi kan også anbefale og forudsige de bedste substrater, der skal bruges til at få målrettede produkter." + Udforsk yderligere

Optimale koncentrationer af enzymer og deres substrater