A) El hapalindol U, la paerucumarina, la rabduscina y la byelyankacina se biosintetizan a través de 1, 2 o 3 como intermediarios clave. Las enzimas dependientes de hierro y 2-oxoglutarato catalizan la desaturación asistida por descarboxilación y la deshidrogenación formal para instalar grupos de isonitrilo de vinilo (1 y 3) e isocianoacrilato (2), respectivamente. La posición de desaturación está resaltada en rojo. B) Sustratos análogos (5–8) y sondas mecánicas (9–10) utilizadas en este estudio. Crédito:Wantae Kim et al, Nature Communications (2022). DOI:10.1038/s41467-022-32870-4
Investigadores de la Universidad Estatal de Carolina del Norte y la Universidad de Texas en Austin han definido la estructura de una enzima 2-oxoglutarato de hierro (Fe/2OG) unida a un sustrato para explorar si estas enzimas podrían usarse para crear una amplia gama de moléculas. Sondearon el sitio activo de la enzima para determinar su capacidad para unirse a diferentes sustratos. Además, en lugar de la adición de oxígeno, vieron que las enzimas Fe/2OG probablemente utilizan cationes (especies altamente reactivas) para impulsar la desaturación durante la catálisis. El trabajo, publicado en Nature Communications , podría conducir al uso de enzimas Fe/2OG en la fabricación de una amplia gama de moléculas valiosas.
Las enzimas de la familia Fe/2OG son naturales:se encuentran en todo, desde bacterias hasta plantas y animales. Como tales, estas enzimas tienen el potencial de usarse como una plataforma más ecológica y eficiente para crear moléculas como los isonitrilos de vinilo, que tienen propiedades antibióticas. Sin embargo, las vías por las que las enzimas Fe/2OG crean estas moléculas son poco conocidas.
"El objetivo final es entender cómo las enzimas de esta familia crean moléculas particulares, de modo que podamos aprovechar un proceso natural que la química actual no puede replicar", dice Wei-chen Chang, profesor asociado de química en la Universidad Estatal de Carolina del Norte y co -autor correspondiente de un artículo que describe el trabajo. "Así que observamos un par de enzimas diferentes dentro de la familia Fe/2OG para ver cómo realizaban diferentes transformaciones utilizando el mismo sustrato o molécula a la que se unen".
Al centrarse en cómo la enzima se une a un sustrato en particular, los investigadores pueden determinar qué otros sustratos podría usar la enzima, una forma más eficiente de determinar posibles reacciones y productos que la experimentación.
El equipo de investigación se centró en dos enzimas Fe/2OG, PvcB y PlsnB, y comparó sus estructuras y los productos que fabricaban. Identificaron sitios de unión en ambas enzimas, pero cuando se trataba de explorar cómo la enzima realizaba sus transformaciones, hicieron un hallazgo sorprendente.
"Normalmente, la forma en que las enzimas Fe/2OG catalizan o crean un nuevo producto ocurre así:la enzima se une al sustrato, un solo átomo de oxígeno del oxígeno molecular (O2 ) se introduce en el sustrato y la adición de oxígeno impulsa la reacción", dice Chang. "Ese proceso se llama hidroxilación.
"Pero para estas enzimas, la transformación o reacción no está impulsada por la hidroxilación, sino por un catión reactivo que desencadena las desaturaciones posteriores, donde se introducen nuevos enlaces".
Las dos enzimas Fe/2OG estudiadas (PIsnB y PvcB) utilizaron una desaturación fundamentalmente distinta para crear diferentes productos a partir del mismo sustrato.
"Ahora que sabemos cómo estas enzimas catalizan las transformaciones y hemos encontrado los sitios de unión, tenemos una base para determinar qué pueden hacer en términos de reacciones", dice Chang. "También podemos recomendar y predecir los mejores sustratos a utilizar para obtener productos específicos". Concentraciones óptimas de enzimas y sus sustratos
