Pesquisadores da Universidade de Bristol mostraram como a evolução do laboratório pode dar origem a enzimas altamente eficientes para reações novas à natureza, abrindo a porta para maneiras novas e mais ecológicas de fazer drogas e outros produtos químicos.

Os cientistas já projetaram catalisadores de proteínas do zero usando computadores, mas são muito menos capazes do que as enzimas naturais. Para melhorar seu desempenho, uma técnica chamada evolução de laboratório pode ser usada, da qual a engenheira química americana Frances Arnold foi pioneira e pela qual recebeu o Prêmio Nobel em 2018. A evolução direcionada imita a seleção natural, permitindo que os cientistas usem o poder da biologia para melhorar a capacidade das proteínas de realizar tarefas como catalisar uma reação química específica.

Mas embora a equipe de pesquisa tenha usado recentemente a evolução de laboratório para melhorar uma enzima projetada em mais de 1, 000 vezes, não se sabia como a evolução aumenta sua atividade. Até agora.

O autor principal, Professor Adrian Mulholland, da Escola de Química de Bristol, disse:"A evolução pode tornar os catalisadores muito mais ativos. a evolução funciona de maneiras misteriosas:por exemplo, mutações que aparentemente melhoram a catálise freqüentemente envolvem mudanças nos aminoácidos longe do sítio ativo onde a reação acontece. "

"Queríamos entender como a evolução pode transformar biocatalisadores projetados ineficientes em enzimas altamente ativas.", o primeiro autor do estudo, Dr. Adrian Bunzel, disse.

Para fazer isso, a equipe de pesquisa internacional de Bristol, a ETH Zurich e a University of Waikato (NZ) voltaram-se para simulações de computador molecular. "Isso mostra que a evolução muda a maneira como a proteína se move - sua dinâmica. Simplificando, evolução "ajusta" a flexibilidade de toda a proteína, " ele adicionou.

A equipe também identificou a rede de aminoácidos na proteína responsável por esse 'ajuste'. Essas redes envolvem partes da proteína que são alteradas pela evolução.

Dr. Bunzel disse:"Após a evolução, toda a proteína parece trabalhar em conjunto para acelerar a reação. Isso é importante porque quando projetamos enzimas, frequentemente nos concentramos apenas no site ativo, e esquecer o resto da proteína. "

O professor Mulholland acrescentou:"Este tipo de análise pode ajudar a projetar enzimas 'de novo' mais eficazes, para reações que anteriormente não podíamos direcionar. "

A pesquisa, publicado em Química da Natureza , revela como a evolução torna as enzimas projetadas mais poderosas, pavimentando o caminho para catalisadores feitos sob medida para a química verde.

Os pesquisadores agora usarão suas descobertas para ajudar a projetar novos catalisadores de proteínas.