Raze X puternice dezvăluie roluri neașteptate ale apei în enzime legate de cancer și penicilină
Cercetătorii au folosit pulsuri ultrarapide de raze X produse de laserul cu electroni liberi Linac Coherent Light Source (LCLS) de la Laboratorul Național de Accelerare SLAC, pentru a captura imagini atomice ale două enzime esențiale: AspH, o potențială țintă terapeutică în cancer, și isopenicilin N sintaza (IPNS), esențială pentru producerea penicilinei. Rezultatele, publicate în Nature Communications și Nature Catalysis, arată că aceste enzime activează reacțiile într-un mod surprinzător, oferind indicii care ar putea inspira noi terapii și strategii de dezvoltare a medicamentelor.
Enzimele din clasa 2-oxoglutarat-dependentelor oxigenaze catalizează o gamă largă de reacții implicate în procese precum utilizarea codului genetic de către celule și sinteza antibioticelor. Pentru a înțelege aceste mecanisme, cercetătorii au folosit macromolecular crystallography cu pulsuri de femtosecundă la instrumentul Macromolecular Femtosecond Crystallography (MFX), examinând reacțiile pas cu pas, la scară atomică, pe durate de miliardimi de milionimi de secundă, la temperatura camerei și fără a deteriora probele biologice.
În cazul enzimei AspH, cercetătorii au observat cum aceasta se leagă de un substrat și activează oxigenul în timpul catalizei. Un rezultat cheie a fost că o moleculă de apă legată de fier rămâne stabilă pe parcursul întregii reacții, aspect important pentru cataliză. De asemenea, au descoperit că AspH utilizează doar doi resturi aminoacidice coordinatoare de metal, spre deosebire de cele trei întâlnite în mod obișnuit la proteine înrudite. Aceste informații ar putea ajuta la dezvoltarea unor căi de țintire a activității AspH în celulele canceroase, precum și la proiectarea de noi proteine capabile să modifice peptide în scop terapeutic.
Pentru IPNS, cercetătorii au capturat instantanee ale intermediarilor din timpul sintezei inelelor penicilinei. Au constatat că în reacție sunt implicate porțiuni extinse ale enzimei, nu doar situl activ care conține fier și substratul, și că moleculele de apă joacă un rol esențial în controlul rezultatului reacției. Acest cadru pas cu pas al catalizei IPNS ar putea ajuta oamenii de știință să proiecteze enzime care să producă penicilină mai eficient sau să țintească boli în moduri noi.
Un pas următor crucial este înțelegerea implicării complexe a apei în cataliză. Echipa își propune, de asemenea, să creeze compuși care fie promovează, fie inhibă activitatea acestor enzime — de exemplu, ca potențial tratament împotriva cancerului — pentru a le înțelege și mai bine.
