Pesquisadores exploram enzimas que usam um cátion, não adição de oxigênio, para gerar reações

A) Hapalindol U, paerucumarin, rhabduscin e byelyankacin são biossintetizados via 1, 2 ou 3 como intermediários chave. Enzimas dependentes de ferro e 2-oxoglutarato catalisam dessaturação assistida por descarboxilação e desidrogenação formal para instalar grupos vinil isonitrila (1 e 3) e isocianoacrilato (2), respectivamente. A posição de dessaturação é destacada em vermelho. B) Análogos de substrato (5–8) e sondas mecanicistas (9–10) usadas neste estudo. Crédito:Wantae Kim et al, Nature Communications (2022). DOI:10.1038/s41467-022-32870-4

Pesquisadores da Universidade Estadual da Carolina do Norte e da Universidade do Texas em Austin definiram a estrutura de uma enzima 2-oxoglutarato de ferro (Fe/2OG) ligada ao substrato para explorar se essas enzimas poderiam ser usadas para criar uma ampla gama de moléculas. Eles sondaram o sítio ativo da enzima para determinar sua capacidade de se ligar a diferentes substratos. Além disso, em vez de adição de oxigênio, eles viram que as enzimas Fe/2OG provavelmente utilizam cátions – espécies altamente reativas – para conduzir a dessaturação durante a catálise. O trabalho, publicado em Nature Communications , poderia levar ao uso de enzimas Fe/2OG na produção de uma ampla gama de moléculas valiosas.
As enzimas da família Fe/2OG ocorrem naturalmente – são encontradas em tudo, desde bactérias a plantas e animais. Como tal, essas enzimas têm potencial para serem usadas como uma plataforma mais verde e eficiente para a criação de moléculas como as isonitrilas de vinil, que possuem propriedades antibióticas. No entanto, as vias pelas quais as enzimas Fe/2OG criam essas moléculas são pouco compreendidas.

“O objetivo final é entender como as enzimas desta família criam moléculas específicas, para que possamos potencialmente pegar carona em um processo natural que a química atual não pode replicar”, diz Wei-chen Chang, professor associado de química da North Carolina State University e co-autor do estudo. -autor correspondente de um artigo descrevendo o trabalho. "Então, analisamos algumas enzimas diferentes dentro da família Fe/2OG para ver como elas realizavam diferentes transformações usando o mesmo substrato ou molécula à qual se ligam."

Ao se concentrar em como a enzima se liga a um substrato específico, os pesquisadores podem determinar quais outros substratos podem ser usados pela enzima, uma maneira mais eficiente de determinar possíveis reações e produtos do que a experimentação.

A equipe de pesquisa se concentrou em duas enzimas Fe/2OG - PvcB e PlsnB - e comparou suas estruturas e os produtos que fabricavam. Eles identificaram sítios de ligação em ambas as enzimas, mas quando se tratou de explorar como a enzima realizava suas transformações, eles fizeram uma descoberta surpreendente.

"Normalmente, a maneira como as enzimas Fe/2OG catalisam ou criam um novo produto acontece assim:a enzima se liga ao substrato, um único átomo de oxigênio do oxigênio molecular (O₂ ) é introduzido no substrato, e a adição de oxigênio conduz a reação", diz Chang. "Esse processo é chamado de hidroxilação.

"Mas para essas enzimas, a transformação ou reação não é impulsionada pela hidroxilação, mas por um cátion reativo que desencadeia as dessaturações subsequentes, onde novas ligações são introduzidas".

As duas enzimas Fe/2OG estudadas (PIsnB e PvcB) utilizaram dessaturação fundamentalmente distinta para criar produtos diferentes a partir do mesmo substrato.

"Agora que sabemos como essas enzimas catalisam transformações e encontramos os locais de ligação, temos uma base para determinar o que elas podem fazer em termos de reações", diz Chang. "Também podemos recomendar e prever os melhores substratos a serem usados para obter produtos direcionados". + Explorar mais