Enzima bacteriana produce polímero biodegradable

(Noticias de Nanowerk) Los investigadores descubrieron una enzima bacteriana, caracterizada estructuralmente en la fuente de luz avanzada (ALS), que sintetiza un biopolímero cuyas unidades repetitivas están unidas entre sí de una manera no observada anteriormente (Ciencias centrales de la ACS«Una biblioteca de genes sintéticos produce una glucósido fosforilasa previamente desconocida que degrada y ensambla poli-β-1,3-GlcNAc, completando el conjunto de polisacáridos GlcNAc unidos a β»).

El nuevo polímero es biodegradable y potencialmente biocompatible, con aplicaciones potenciales que van desde terapias médicas hasta alternativas plásticas ecológicas. Un nuevo biopolímero (acoletina) es producido por una enzima bacteriana (acoletina fosforilasa o AchP). Esta enzima toma moléculas de un carbohidrato precursor (α-GlcNAc1-p) y las une con un tipo de enlace químico (enlace β-1,3-glucosídico) no observado previamente en este tipo de producto polimérico.

Una búsqueda aleatoria

Las bases de datos de secuencias de ADN de una amplia variedad de organismos son un tesoro oculto de datos, y están creciendo más rápido de lo que los científicos pueden buscar en ellas. En un proyecto para desarrollar métodos de alto rendimiento para examinar y caracterizar datos genómicos, los investigadores de la Universidad de Columbia Británica se centraron en descubrir enzimas que pueden degradar la quitina, un biopolímero abundante que se encuentra en los exoesqueletos de insectos y crustáceos, y convertirlas económicamente en bioquímicos útiles. .

Lo que los investigadores descubrieron, sin embargo, fue una enzima que se originó en la bacteria Acoleplasma laylawii, que produce un biopolímero con los mismos componentes básicos que la quitina pero enlazados de manera diferente. El nuevo polímero, llamado acoletina (combinado achoplasma y quitina) tiene el potencial de ser un nuevo tipo de polímero biocompatible y biodegradable que podría usarse de diversas maneras, desde sistemas de administración de fármacos que no inducen respuestas inmunitarias hasta alternativas a los polímeros sintéticos (plásticos) derivados de combustibles fósiles. obtenido.

Busca el eslabón perdido

Alrededor de 200 genes que codifican enzimas de interés fueron sintetizados para los investigadores del Instituto Conjunto del Genoma en el Laboratorio de Berkeley. Las enzimas resultantes se seleccionaron bioquímicamente para encontrar aquellas que actúan sobre GlcNAc, el componente básico de carbohidrato de la quitina. Se descubrió que una enzima formaba polímeros a partir de precursores de GlcNAc, pero no pudo realizar la reacción inversa, escindiendo las hebras de quitina en subunidades de GlcNAc. Esto fue curioso ya que para las enzimas analizadas, las actividades suelen ser reversibles, estando determinada la dirección de la reacción por las concentraciones relativas de precursor y producto.

Los investigadores pensaron que la diferencia entre la quitina y el nuevo polímero, la acoletina, podría residir en la naturaleza de los enlaces que conectan las subunidades GlcNAc. GlcNAc es un carbohidrato cíclico con seis átomos de carbono en un anillo, numerados del 1 al 6. En la quitina, el enlace se realiza a través de los carbonos 1 y 4 (un enlace glucosídico β-1,4). Ellos plantearon la hipótesis de que la acoletina estaba unida a través de los carbonos 1 y 3, el único enlace GlcNAc químicamente posible que no se había informado previamente en la literatura. La espectrometría de resonancia magnética nuclear confirmó que la enzima (acoletina fosforilasa o AchP) genera enlaces β-1,3-glucosídicos. La estructura 3D de la enzima que produce acoletina, con dominios clave resaltados y detalles del sitio activo. (Imagen: José Henrique Pereira/Berkeley Lab)

Análisis de la estructura enzimática

Para obtener información sobre cómo funciona AchP, las estructuras de la enzima junto con los sustratos GlcNAc (con la enzima o el sustrato en una forma inactiva) se visualizaron mediante cristalografía de rayos X en las líneas de luz ALS 5.0.2 y 8.2.2. Los resultados indicaron que AchP en su forma natural probablemente actúa como un dímero, con porciones de cada monómero contribuyendo a la formación de un sitio activo que se une a GlcNAc-β-1,3-GlcNAc. Las estructuras también mostraron la GlcNAc en una conformación de transición, lo que encaja bien con el funcionamiento del mecanismo catalítico de estas enzimas. En general, los detalles estructurales ayudaron a validar los resultados bioquímicos y profundizaron la comprensión de cómo AchP produce acoletina.

La producción enzimática de acoletina es, en principio, escalable, pero en la práctica está limitada por los costos de fabricación del material de partida requerido. Irónicamente, el descubrimiento de una enzima que descompone la quitina, el objetivo inicial de los investigadores, haría económica la producción a escala industrial. Por lo tanto, además de analizar las propiedades materiales de la acholetina, los investigadores planean continuar la búsqueda de esta esquiva enzima que rompe la quitina.