I biologi har enzymer udviklet sig gennem millioner af år for at drive kemiske reaktioner. Forskere fra Max Planck Institute for Dynamics and Self-Organization (MPI-DS) har nu afledt universelle regler for at muliggøre de novo-design af optimale enzymer.
Papiret offentliggøres i tidsskriftet Kemkatalyse.
Som et eksempel overvejede de den enzymatiske reaktion ved at opdele en dimer i to monomermolekyler. I betragtning af geometrien af et sådant enzym-substrat-kompleks identificerede de tre gyldne regler, der skulle betragtes som at opbygge et funktionelt enzym.
Først skal grænsefladen mellem både enzym og molekyle være placeret i deres respektive mindre ende. På denne måde kan en stærk kobling mellem begge opnås. Af samme grund bør den konformationelle ændring i enzymet ikke være mindre end i reaktionen. Endelig skal den konformationelle ændring af enzymet finde sted hurtigt nok til at maksimere reaktionens kemiske drivkraft.
“Vi byggede vores forskning på to vigtigste søjler,” beskriver Ramin Golestanian, direktør for MPI-DS, fremgangsmåden.
“Bevarelse af momentum og kobling mellem reaktionskoordinaterne,” fortsætter han.
Forskerne udvidede således synet på en klassisk 2-dimensionel reaktionskoordinat. Typisk definerer modeller til enzymatiske reaktioner en energibarriere, der skal overvindes for at reaktionen kan finde sted.
“Som i vores model overvejer vi også enzymdynamikken og koblingen, vi går ud over dette eksisterende koncept i betragtning af to reaktionskoordinater,” siger Michalis Chatzittofi, første forfatter af undersøgelsen.
“I stedet for at overvinde en energibarriere, kan man nu forestille sig alternative måder at omgå den ved at tage alternative ruter,” konkluderer han.
Disse resultater giver et nyt grundlag for design af molekylære maskiner, der undgår den kedelige og teknisk udfordrende tilgang til at simulere dynamikken i hvert atom individuelt.