Екип химици от университета на Южна Калифорния са разработили метод, който позволява да се предсказва каталитичната активност на различни ензими.
В бъдеще това ще позволи да се създават ензими с необходимите свойства за промишлено производство, а също за получаване на изкуствени клетки. Изследването е публикувано в изданието The Journal of Chemical Physics.
Ензимите играят важна роля в повечето биологични процеси: получаване и пренос на енергия, транскрипция и транслация на генетичен материал, а също и за предаване на сигнали. Те се явяват биологични катализатори, ускоряват биохимичните реакции и осигуряват правилното функциониране на живите клетки. Но фундаменталните причини за каталитичната мощност на ензимите досега беше загадка.
Нов подход, който обединява класическата и квантовата физика, позволява да се изясни какво именно позволява протичането на ферментативната реакция. Методът се основава на модели комплексни химични системи, за която Арие Уоршел получи Нобелова награда през 2013 година.
За да протича реакцията, е необходимо определено ниво на свободна енергия. Върху свободната енергия оказват влияние физически фактори. Стойностите на последните могат да се променят в широк диапазон, което води до понижаване или увеличаване на свободната енергия. По такъв начин се създава своеобразен ландшафт, където върховете на хълмчетата съответстват на максимума енергия, а долините – на минимума.
За да установят кои фактори имат значение, учените са моделирали влиянието на конформационните изменения на ензимите (с други думи, измененията на тяхната геометрична структура), а също на техните химически и физически свойства.
В качеството на сравнение химиците са изследвали протичането на химичните реакции без участието на ензимите. Оказало се, че ключов фактор, който допринася за каталитичната активност на ензимите, се явява различието на потенциалите между реагентите и продуктите на реакцията.
Моделът позволява да се предскаже какви трябва да са ензимите, за да достигат подходяща разлика в потенциалите за протичане на реакция. Така може да се адаптират белтъците за катализа на химичните и биохимичните процеси в промишлени мащаби.
