Aparición de una capacidad térmica de activación negativa durante la evolución de una enzima diseñada

Área de la Ciencia:

• Bioquímica y Biología Molecular
• La ingeniería enzimática y la evolución dirigida
• Termodinámica y cinética química

Sus antecedentes:

• La catálisis enzimática está fundamentalmente influenciada por la temperatura, lo que afecta las tasas de reacción y el potencial evolutivo.
• Comprender cómo los procesos evolutivos dan forma a los fundamentos termodinámicos de la catálisis enzimática es crucial para el diseño de enzimas y los estudios de adaptación.

Objetivo del estudio:

• Investigar los impulsores termodinámicos de la catálisis y su evolución en una enzima diseñada por computación.
• Optimizar la actividad enzimática para una reacción de transferencia de protones a través de la evolución de laboratorio y analizar los cambios resultantes en los parámetros de activación.

Principales métodos:

• Se emplearon 9 rondas de mutagénesis y cribado para mejorar la actividad de una enzima diseñada.
• Se analizaron los cambios en la entalpía de activación (ΔH‡), la energía libre de activación (TΔS‡) y la capacidad térmica de activación (ΔCp‡) para comprender las contribuciones termodinámicas.

Principales resultados:

• Logró un aumento de casi 4 órdenes de magnitud en la actividad enzimática a través de la evolución dirigida.
• Se observó que tanto el diseño inicial como las mejoras evolutivas eran principalmente entálpicas.
• Descubrió una capacidad de calor de activación negativa en la enzima evolucionada, lo que indica una adaptación a su temperatura de funcionamiento.

Conclusiones:

• La evolución en el laboratorio puede mejorar significativamente la catálisis enzimática, impulsada en gran medida por factores entálpicos, consistentes con las teorías sobre las enzimas primordiales.
• La enzima evolucionada demuestra adaptación a la temperatura, evidenciada por una capacidad de calor de activación negativa, lo que sugiere estrategias evolutivas para entornos térmicos.
• Los hallazgos se alinean con los parámetros dependientes de la temperatura de las enzimas naturales, ofreciendo información sobre la catálisis y la adaptación enzimáticas.