Investigadores del Laboratorio Nacional de Energía Renovable (NREL) del Departamento de Energía de EE. UU. (DOE) han obtenido nuevos conocimientos sobre cómo la glicosilación, la unión natural de los azúcares a las proteínas, afecta una enzima celulasa clave. Este trabajo podría usarse para mejorar el rendimiento de las enzimas para descomponer mejor la biomasa y convertir la materia vegetal de desecho en combustibles y productos renovables. A saber, cuanto más eficaz sea la enzima, más eficiente y económico será el proceso.

La nueva investigación, que se enfoca en la enzima Cel7A que descompone la celulosa en las plantas en azúcares, se detalla en el procedimientos de la Academia Nacional de Ciencias ( PNAS ) en un manuscrito titulado "Funciones distintas de los N- y O-glicanos en la actividad y estabilidad de la celulasa". Este estudio arroja luz sobre las funciones específicas de los azúcares pequeños, o glucanos, que los microbios se adhieren a sus enzimas. Esta modificación enzimática mediante la adición de azúcares se denomina "glicosilación" y se sabe que tiene un impacto sustancial en la función enzimática.

Una mujer y un hombre trabajan en una mesa de laboratorio rodeados de equipos de laboratorio.

La investigadora postdoctoral Antonella Amore y el ingeniero senior Brandon Knott trabajan en muestras en el laboratorio. La nueva investigación sobre las relaciones entre azúcares pequeños (glicanos), su función, y su ubicación podría usarse para mejorar el rendimiento de las enzimas para descomponer mejor la biomasa y convertir la materia vegetal de desecho en combustibles y productos renovables. (Foto de Dennis Schroeder / NREL)

"Las enzimas para descomponer la celulosa son notoriamente difíciles de diseñar para mejorar la actividad, ", dijo el ingeniero de personal de NREL, Brandon Knott, coautor del artículo. "Hace tiempo que se ha sabido que la glicosilación es un 'botón para girar' en este esfuerzo, pero las funciones específicas de los diferentes glucanos han sido esquivas ".

Con la incertidumbre en torno a cómo se relacionan los diferentes tipos de glucanos con las diferentes funciones enzimáticas, NREL desarrolló un sistema de expresión recombinante único para probar nuevas enzimas, produciendo una gran colección de mutantes Cel7A que carecían de varias combinaciones de sitios de glicosilación. Un equipo de investigadores de NREL, la Universidad de Georgia, y la Universidad de Colorado, Roca, luego caracterizó todas las enzimas mutantes y comparó las características con las de la enzima nativa para recopilar datos críticos sobre las relaciones entre el glucano específico, su función, y su ubicación.

"Basado en la literatura, ya pensamos que conocíamos la ubicación de todos los sitios de glicosilación, "dijo la coautora Antonella Amore, investigador postdoctoral en NREL. "Al confirmar sus ubicaciones, no solo descubrimos nuevos glucanos, también aclaramos las estructuras de los glucanos en cada sitio específico. Esto proporciona información sobre cómo el microbio protege y decora sus enzimas para una actividad óptima. lo que a su vez proporciona pistas sobre cómo mejorarlos para aplicaciones industriales ".

Obtener una comprensión más profunda de la estructura básica, función, y las relaciones de las proteínas es fundamental para ayudar a diseñar nuevas estrategias para mejorar el rendimiento general de las enzimas. Pero la construcción de una enzima superior requiere la comprensión de una amplia combinación de factores. Es importante saber qué glucanos protegen contra los ataques de proteasas, cuáles son esenciales para unirse a la estabilidad de la enzima, y que son clave para la unión y actividad de las enzimas. Los hallazgos de NREL han revelado que, dependiendo de su tipo y donde se adjunta, La glicosilación es importante para fortalecer la unión de Cel7A a la celulosa, proteger la enzima contra las proteasas que descomponen la proteína, y reforzar la estabilidad térmica de la enzima, lo que permite que la enzima siga funcionando a temperaturas que se encontrarían en un proceso de conversión de biomasa industrial.