ملخصات الأبحاث

إنزيم ضوئي مصمم لتفاعلات إضافة حلقية انتقائية تماثلية

.J. Trimble et al
  • Published online:

القدرة على برمجة بعض البروتينات على أنماط جديدة من التحفيز ستسمح بتطوير عائلات إنزيمية لها وظائف تتجاوز تلك الموجودة في الطبيعة. وتُعَد منهجية توسيع الشفرة الجينية بالأخص من المنهجيات المبشِّرة بتحقيق هذه الغاية؛ لأنها تتيح إدخال عناصر وظيفية جديدة داخل مواضع مُنتقاة في البروتينات على أنها سلاسل جانبية حمضية أمينية غير مُعترف بها.

وفي هذا البحث المنشور، استعان الباحثون بشفرة جينية موسَّعة لابتكار إنزيم ضوئي يعمل عن طريق التحفيز بالنقل الثلاثي للطاقة، وهو نمط متعدد الاستخدامات من النشاط التفاعلي في التخليق العضوي ما زال مستعصيًا على التحفيز الحيوي في الوقت الحاضر. فتركيب المستشعِر الضوئي المُشفَّر جينيًّا داخل بنية إنزيم DA_20_00، الشبيهة بسقالة على شكل رِيَشٍ مروحية من شرائط بيتا، يُحوِّل إنزيم «ديلز-ألدراز» المُخلَّق من البداية إلى إنزيم ضوئي مصمَّم لتفاعلات الإضافة الحلقية من نوع [2 + 2[، ويُسمَّى (EnT1.0). وقد استطاع الباحثون لاحقًا أن يبتكروا برنامجًا لتطوير الإنزيم الضوئي ويطبقوه بالفعل، فأثمر هذا إنزيمًا كفؤًا انتقائيًّا تماثليًّا (يُسمى EnT1.3، ويُحقق ما يصل إلى 99% من فائض المصاوغات المرآتية)، وهذا الإنزيم يستطيع أن يحفز بعض تفاعلات الإضافة الحلقية داخل الجزيئات وتفاعلات الإضافة ثنائية الجزيئات، بما في ذلك التحويلات التي ثبتت صعوبة تحقيقها تحقيقًا انتقائيًّا باستخدام عوامل حفازة صغيرة الجزيئات.

لاحظ العلماء أن قدرة الأداء لدى إنزيم EnT1.3 تتجاوز قدرة 300 جزيء، وعلى عكس العوامل الحفازة ذات الجزيئات الصغيرة، يستطيع العمل بكفاءة، في ظروف هوائية ودرجة حرارة الغرفة. وعند إجراء فحصٍ بالأشعة السينية للبنية البلورية لدى أحد المركبات الناتجة من إنزيم EnT1.3، وقف العلماء على طريقة عمل المكونات الوظيفية العديدة متضافرةً معًا لتعزيز إجراء التحفيز الضوئي بكفاءة وانتقائية.

وهكذا، تفتح هذه الدراسة كنزًا من الخواص والعمليات الكيميائية الجديدة المتعلقة بالحالات المثارة في المواقع البروتينية النشطة، وتضع إطارًا لابتكار جيل جديد من عوامل التحفيز الضوئي الانتقائي التماثلي.