Odborníci objevili strategii, jak výrazně zlepšit efektivitu enzymů

Výzkumný projekt, jenž je řešen v rámci spolupráce českých institucí (Loschmidtovy laboratoře při Masarykově univerzitě v Brně a Ústav fyzikální chemie J. Heyrovského), si kladl za cíl porozumět způsobu, jak mohou enzymy pomocí své dynamiky ovlivnit průběh chemických reakcí. Konkrétně se týmy Jana Sýkory z Heyrovského ústavu a Zbyňka Prokopa z Loschmidtových laboratoří při Masarykově univerzitě zaměřily na variantu enzymu dehalogenázy.

„Pro enzym dehalogenázy lze najít praktické využití třeba v enviromentálních oblastech, kde může přeměňovat toxické molekuly obsahující atomy chloru a bromu na alkoholy, které jsou méně škodlivé vůči životnímu prostředí. Dále, díky schopnosti rozpoznávat molekuly, které mají shodné chemické složení, ale liší se prostorovým uspořádáním atomů, jsou tyto enzymy využívány v organické syntéze,“ vysvětluje vlastnosti zkoumaných látek Jan Sýkora, jeden z vedoucích projektu z Heyrovského ústavu.

Enzymy dehalogenázy jsou poměrně velké molekuly. K samotné chemické reakci, jež přeměňuje výchozí látky na konečné produkty, dochází v rámci enzymu v přesně daném takzvaném aktivním místě. Toto místo je uzpůsobenomolekulám vstupujícím do reakce a předpokládalo se, že jeho uspořádání a vlastnosti mají dominantní vliv pro účinnost enzymu. Jenže v řadě případů jsou tato aktivní místa pohřbena hluboko uvnitř molekuly enzymu a modifikovaná látka se tam musí nejprve určitým způsobem dostat.

Související

Ilona Cílková

Rakovina může pocházet z jediné buňky, tvrdí…

Martin Pokorný

Porucha chování vázaná na REM spánek může podle…

„Do aktivního místa proto přicházejí molekuly systémem tunelů a bran, které mohou jejich průchod ovlivnit. Doposud se tvarům a vlastnostem těchto tunelů a bran nepřikládala důležitost. My jsme se ale zaměřili právě na tyto transportní cesty, jejichž tvar a dynamika ovlivňují, které molekuly mohou proniknout dovnitř či ven, a tím se mění i účinnost daných enzymů,“ doplnila první autorka studie Piia Kokkonen z Loschmidtových laboratoří.

Vysoká aktivita enzymu dehalogenázy přivedla vědce k teorii, že enzym může přecházet mezi dvěma formami, z nichž každá je vhodná pro určitou fázi reakce. „Podobá se to zavíracímu noži s více nástroji, které se dají rychle vyměňovat. Tím se různé úkony potřebné pro chemickou přeměnu stávají velice rychlými a efektními,“ přiblížil teorii Jan Sýkora.

Výzkum se nyní bude soustředit i na další enzymy, a ideálně na objevení způsobu, jak vnést podobné dynamické chování „bran“ do dalších variant, a tím výrazně zlepšit jejich aktivitu. Výsledky nového výzkumu mohou posloužit jako základ pro další vývoj enzymů, které naleznou uplatnění v biomedicíně při efektivní přípravě léčiv.