La actividad de la enzima está determinada por la estructura de una región particular de la proteína llamada sitio activo. La generación de sitios activos completamente nuevos capaces de catálisis enzimática es, posiblemente, uno de los problemas no resueltos más fundamentales en biología molecular.
Se han desarrollado enfoques de diseño racional y moderno para este problema, utilizando métodos computacionales complejos pero sin resultados concluyentes. De hecho, los estudios de ingeniería de proteínas a menudo sugieren que la aparición de sitios activos enzimáticos completamente nuevos es altamente improbable.
Hace muchos años, Roy Jensen actualmente en el Centro Médico de la Universidad de Kansas propuso que las enzimas primordiales eran capaces de catalizar una diversidad de reacciones. Basado en este trabajo, un equipo de científicos de la Universidad de Granada España,La Universidad de Uppsala Suecia, el "Instituto de Química Física Rocasolano" Madrid, España, el Instituto de Tecnología de Georgia EE. UU. Y con los datos recopilados en el ESRF, el Sincrotrón europeo, ubicado en Grenoble Francia, exploraron yprobamos estas nociones usando β-lactamasas precámbricas resucitadas como andamios para la ingeniería de sitios activos completamente nuevos. Las β-lactamasas precámbricas son proteínas de aproximadamente 3 mil millones de años. Si simplificamos, los científicos hicieron por estas proteínas lo que hicieron los científicos en Jurassic Parkdinosaurios: devuelven formas antiguas a la vida, para que puedan estudiarse para comprender mejor cómo se produce la complejidad en las especies.
¿Cómo es posible resucitar proteínas ancestrales? Las proteínas están hechas de varias combinaciones de bloques de construcción de aminoácidos, con una variedad casi infinita de complejidad y función. Los investigadores han compilado grandes bases de datos llenas de secuencias de proteínas. Al comparar las secuencias actuales con cada unaotros dentro de un marco evolutivo, los científicos pueden inferir razonablemente la secuencia de una proteína ancestral de la que descendieron las versiones modernas utilizando modelos de evolución de secuencia.
"Las propiedades de estas proteínas ancestrales β-lactamasas precámbricas confieren una alta estabilidad estructural y una actividad enzimática promiscua, lo que significa que son capaces de reaccionar con una variedad de sustancias. Estas propiedades apoyan el potencial biotecnológico de la resurrección de proteínas precámbricas porque ambas son altasla estabilidad y la promiscuidad mejorada son características deseables en los andamios de proteínas para la evolución dirigida por el laboratorio y el diseño molecular ", explica Valeria A. Risso, primer autor del artículo, de la Universidad de Granada.
Utilizando estas proteínas Precámbricas resucitadas, el equipo demostró que se puede generar un nuevo sitio activo a través de un solo reemplazo de aminoácido hidrofóbico a ionizable que genera un grupo parcialmente enterrado con propiedades fisicoquímicas perturbadas ".el diseño para introducir una actividad de novo catálisis de la eliminación de Kemp, un punto de referencia común en el diseño de enzimas de novo falla cuando se realiza en las β-lactamasas modernas, pero es muy exitoso cuando se usan andamios de β-lactamasas precámbricas hiperestable / promiscua.Eric A. Gaucher, del Instituto de Bioingeniería y Biociencias, Instituto de Tecnología de Georgia.
Para su experimento, el equipo utilizó tres líneas de luz de biología estructural en el ESRF, el Sincrotrón europeo en Grenoble Francia: ID29, ID23-1, y la línea de luz totalmente automática "sin intervención" MASSIF-1, así como elLínea de luz Xaloc en Alba, el sincrotrón español. "La información estructural tridimensional derivada de los datos obtenidos en el ESRF fue esencial para la interpretación del trabajo, ya que condujo a una estructura de alta resolución del nuevo sitio activo y proporcionó evidencia concluyentedel papel de la reorganización de proteínas en el surgimiento de la nueva función "explica José A. Gavira, autor correspondiente, de la Universidad de Granada.
Este estudio confirma el potencial de la reconstrucción ancestral como una herramienta para la ingeniería de proteínas. "Proporcionamos evidencia experimental y computacional de que la enzima ancestral resucitada en laboratorio hará andamios mucho mejores para la ingeniería de nuevas funciones debido a su alta estabilidad y características dinámicas".José M. Sánchez-Ruiz.
La combinación innovadora de bioinformática, biología computacional, biología estructural y biofísica permitió a los investigadores profundizar en el tiempo evolutivo y cambiar el curso del potencial evolutivo de una enzima ". Aprender más sobre la vida primordial y cómo se puede volver a manipular,abrirá muchas nuevas vías para la ciencia y arrojará luz sobre el enigma de cómo evolucionan los sistemas biológicos complejos al nivel molecular más fundamental ", subraya Lynn Kamerlin, autora correspondiente, del Departamento de Biología Celular y Molecular de la Universidad de Uppsala.
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Materiales proporcionados por Instalación Europea de Radiación Sincrotrónica . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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