Avanço no desenho de enzimas à medida
Novas possibilidades para a biotecnologia e a química verde
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As enzimas são consideradas a chave para a química sustentável. Apesar dos grandes avanços na conceção de proteínas, a criação de enzimas artificiais a partir do zero tem-se mantido, até agora, um grande desafio. Uma equipa de investigação da Universidade de Bayreuth, em colaboração com cientistas da Universidade de Ottawa, demonstrou agora como estruturas proteicas não funcionais podem ser transformadas em enzimas altamente ativas. Os investigadores publicaram as suas descobertas na revista *Nature Chemical Biology*.
As enzimas são catalisadores biológicos que aceleram as reações e as realizam com um elevado grau de especificidade. As enzimas são, geralmente, proteínas. Ao longo do tempo, a evolução produziu uma grande variedade de dobras proteicas para as enzimas: quando uma proteína se forma, é inicialmente produzida uma longa cadeia de aminoácidos, que depois se dobra, assumindo uma estrutura tridimensional definida. É precisamente esta estrutura que determina o funcionamento da enzima. A chamada estrutura em «barril TIM» desempenha um papel proeminente. Encontra-se em cerca de 10 por cento de todas as enzimas conhecidas e é capaz de facilitar quase todos os tipos de reação.
Embora já tenham sido concebidos barris TIM artificiais em computador e confirmados experimentalmente, estas chamadas proteínas «de novo», ao contrário das suas contrapartes naturais, não possuíam qualquer atividade enzimática; limitavam-se a apresentar a mesma estrutura. Isto tornava as proteínas inutilizáveis para aplicação em reações biológicas. Uma equipa de investigação liderada pela Prof.ª Dr.ª Birte Höcker, Titular da Cátedra de Bioquímica III da Universidade de Bayreuth, abordou este problema em colaboração com o grupo de investigação do Prof. Dr. Roberto Chica, da Universidade de Ottawa. Utilizando um novo fluxo de trabalho denominado CANVAS, os investigadores transformaram as estruturas-base não funcionais em enzimas ativas.
«No nosso estudo, combinámos vários métodos baseados em computador. Isto permitiu-nos alargar especificamente os barris TIM artificiais para incluir um sítio ativo feito à medida», afirma o Dr. Julian Beck, autor principal do estudo e assistente de investigação no grupo de investigação de Bioquímica III da Universidade de Bayreuth. Este sítio ativo recém-inserido confere uma atividade mensurável excepcionalmente elevada às enzimas anteriormente não funcionais.
«Escolhemos a eliminação de Kemp como reação de teste para as novas enzimas — uma reação clássica não natural no design de proteínas que é fácil de medir», afirma Höcker. Numa única ronda de design, os investigadores alcançaram uma atividade excepcionalmente elevada com a enzima modificada KempTIM1: A eficiência catalítica — que descreve o quão «boa» é uma enzima — já era sete vezes superior na KempTIM1 em comparação com enzimas semelhantes em outras publicações recentes, sem qualquer otimização experimental adicional. Etapas de otimização subsequentes resultaram numa nova variante denominada KempTIM4b, que ultrapassa até mesmo a atividade da KempTIM1.
«De um modo geral, a nossa investigação demonstra que é possível utilizar proteínas de novo como ponto de partida para novas enzimas, expandindo assim o repertório existente de enzimas disponíveis. Isto abre novas possibilidades na biotecnologia e na química verde, permitindo o desenho de novas proteínas feitas à medida para reações específicas», afirmou Beck.
Observação: Este artigo foi traduzido usando um sistema de computador sem intervenção humana. A LUMITOS oferece essas traduções automáticas para apresentar uma gama mais ampla de notícias atuais. Como este artigo foi traduzido com tradução automática, é possível que contenha erros de vocabulário, sintaxe ou gramática. O artigo original em Inglês pode ser encontrado aqui.
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