درک تکامل آنزیم راهکاری برای رسیدن به شیمی سبز

دانشمندان علم شیمی همواره در جست و جوی راهی برای رسیدن به شیمی سبز هستند ، تا سازگارترین روش ها با طبیعت جهت انجام واکنش های شیمیایی را ایجاد کنند.

به همین علت محققان در آزمایشات پیشرفته ای که اخیرا به انجام رساندند ، موفق به ساخت آنزیم های پیشرفته و کارآمدی شدند که بسیار سازگار با محیط زیست بوده و راهکار سبزی برای ساخت داروها و سایر مواد شیمیایی می باشند.

پیش از این تحقیقیات ، دانشمندان کاتالیزورهای پروتئینی را با استفاده از علم کامپیوتر طراحی و شبیه سازی کرده بودند. ولی توانایی آنها بسیار کمتر از آنزیم های طبیعی بوده و جایگزین مناسبی برای آنها نشد.

در سال 2018 یک مهندس شیمی آمریکایی به نام فرانسیس آرنولد برای بهبود عملکرد آنزیم ها از تکنیکی به نام تکامل آزمایشگاهی استفاده کرد و جایزه نوبل آن را نیز به دلیل ابداع این روش دریافت کرد.

درک تکامل آنزیم راهکاری برای رسیدن به شیمی سبز

در این روش او ازیک تکامل هدایت شده از انتخاب طبیعی تقلید کرد و پروتئین را ماده ای اساسی در انجام واکنش های شیمیایی در نظر گرفت که آزادانه تحریکات لازم برای شروع واکنش ها را انجام می داد. این روش به دانشمندان اجازه می دهد از قدرت زیست شناسی برای بهبود توانایی آنزیم ها استفاده کنند.

پروفسور آدریان مولهولند از دانشکده شیمی بریستول می گوید: تکامل می تواند کاتالیزورها را بسیار فعال تر کند.

نکته این است که تکامل به طرزی اسرار آمیز عمل می کند به عنوان مثال جهش هایی که ظاهراً کاتالیز را بهبود می بخشند اغلب شامل تغییر در آمینو اسیدها به دور از محل فعال هستند یعنی جایی که واکنش اتفاق می افتد.

دکتر آدریان بانزل ، اولین نویسنده این مطالعه گفت: “ما می خواستیم بفهمیم چگونه تکامل می تواند بیوکاتالیزورهای طراح ناکارآمد را به آنزیم های بسیار فعال تبدیل کند.

برای درک چگونگی پروسه آنزیم های تکامل یافته  ، تیم تحقیقاتی بین المللی از بریستول ، ETH زوریخ و دانشگاه وایکاتو (NZ) به شبیه سازی کامپیوتری مولکولی روی آوردند.و به این نتیجه رسیدند که تکامل نحوه حرکت پروتئین ، پویایی آن را تغییر می دهد.

به بیان ساده  تکامل ، انعطاف پذیری کل پروتئین را تنظیم “می کند.

این تیم همچنین شبکه اسیدهای آمینه موجود در پروتئین مسئول پیکربندی را نیز شناسایی کردند. این شبکه ها شامل قسمتهایی از پروتئین هستند که با تکامل تغییر می کنند.

دکتر بانزل افزود : پس از تکامل ، به نظر می رسد که کل پروتئین برای تسریع واکنش با هم کار می کند. و این یک مسئله مهم است زیرا هنگام طراحی آنزیم ها ، ما اغلب فقط بر روی محل فعال تمرکز می کنیم و بقیه پروتئین را فراموش می کنیم.

این نوع تجزیه و تحلیل می تواند به طراحی آنزیم های موثرتر” de novo “برای واکنش هایی که قبلاً نمی توانستیم آنها را هدف قرار دهیم ، کمک کند.

این مقاله که در Nature Chemistry منتشر شده است ، نشان می دهد که تکامل ، چگونه ، آنزیم های طراح را قوی تر می کند و راه را برای کاتالیزورهای سفارشی برای شیمی سبز هموار می کند.

اکنون محققان از یافته های خود برای کمک به طراحی کاتالیزورهای پروتئینی جدید استفاده خواهند کرد.