Los productos farmacéuticos, los plásticos y otras industrias utilizan enzimas para ayudar a sintetizar materias primas moleculares. Las enzimas extraídas directamente de microbios como las bacterias a menudo no son óptimas para uso industrial; un problema es que a menudo no sobreviven a las elevadas temperaturas que aceleran la síntesis. La ingeniería genética puede ayudar a adaptar las enzimas para estos fines. El conocimiento de la estructura exacta átomo por átomo de la enzima original es importante para comprender la función de la enzima en la naturaleza, lo que proporciona información sobre cómo optimizar la ingeniería genética de las enzimas. Sin embargo, la cristalografía de rayos X, una técnica común para determinar la estructura de una enzima como un paso crítico en este proceso, lamentablemente también puede alterar su estructura.

Una técnica conocida como microscopía electrónica criogénica (crio-EM) puede proporcionar un nivel de detalle estructural similar al de la cristalografía de rayos X al tiempo que conserva la estructura de la enzima nativa. De hecho, el Premio Nobel de Química de 2017 fue otorgado por usar esta técnica para determinar la estructura de las moléculas biológicas. Ahora, en un estudio publicado recientemente en el Journal of Structural Biology , investigadores de la Universidad de Tsukuba y socios colaboradores han utilizado crio-EM para determinar la estructura de la enzima de fermentación fosfocetolasa. Este trabajo facilitará la ingeniería genética de la enzima para síntesis industriales.

"La cristalografía de rayos X ha revolucionado la forma en que los investigadores identifican estructuras de proteínas, pero el desarrollo de medios alternativos que reflejen mejor las estructuras observadas en biología es invaluable", explica el autor principal, el profesor Kenji Iwasaki. "Nuestro uso de crio-EM como herramienta de imagen ha descubierto detalles estructurales previamente ocultos en la fosfocetolasa que beneficiarán directamente a la industria química".

Los investigadores informan dos hallazgos principales. Primero, ocho unidades de fosfocetolasa se agrupan en una estructura, conocida como octámero. En segundo lugar, observaron detalles de una cadena de aminoácidos conocida como bucle QN que puede determinar si el sitio funcional de la enzima está abierto o cerrado. Este es un medio posible de mejorar la producción química de la enzima.

La cristalografía de rayos X oscurece el detalle estructural proporcionado por crio-EM. El octámero se observó previamente mediante cristalografía de rayos X, pero se pensó que era simplemente un artefacto de medición. Además, la cristalografía de rayos X pasa por alto los detalles estructurales abiertos/cerrados.

"La industria ahora podrá correlacionar la función de la fosfocetolasa con su estructura correcta", dice Iwasaki. "Esperamos que estos conocimientos recuerden a los investigadores que la cristalografía de rayos X no es necesariamente la última palabra sobre la estructura de las enzimas; la crio-EM puede ofrecer información valiosa".

Los resultados de este estudio son importantes para optimizar el rendimiento de una enzima de fermentación que es útil para realizar síntesis químicas en la industria. Mediante el uso de conocimientos estructurales de enzimas para maximizar el éxito de la ingeniería genética, se pueden producir materias primas para productos farmacéuticos, plásticos y otros materiales de una manera ambientalmente sostenible. + Explora más

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