Diseño de enzimas hemo con un bolsillo de unión de sustrato ajustable adyacente a un sitio de coordinación de metal...

Área de la Ciencia:

• La bioquímica
• Ingeniería de proteínas
• Catalización de enzimas

Sus antecedentes:

• Las enzimas hemo como el citocromo P450 exhiben una notable versatilidad catalítica debido a su cofactor de hierro-porfirina y su bolsa abierta de unión al sustrato.
• Los diseños anteriores de novo para las proteínas de unión al hemo carecían del bolsillo de sustrato similar al P450, lo que limita su alcance catalítico.

Objetivo del estudio:

• Diseñar un andamio de proteínas de novo (dnHEM1) que combine la geometría del sitio catalítico de los P450 con la flexibilidad del diseño de proteínas personalizado.
• Para crear una proteína de unión hemo de alta afinidad con un bolsillo distal sintonizable para las interacciones de sustrato y la generación de intermedios reactivos.

Principales métodos:

• Diseño de proteína de novo de un andamio de haz helicoidal para unir un cofactor hemo con un ligando de histidina axial.
• Cristalografía de rayos X para determinar la estructura de la proteína diseñada (dnHEM1) con una resolución de 1,6 Å.
• Ingeniería de proteínas mediante la modificación de la bolsa distal para crear actividades de peroxidasa y carbenotransferasa.

Principales resultados:

• La estructura cristalina de dnHEM1 confirmó una excelente conformidad con el modelo diseñado, con elementos programados clave.
• Las variantes de ingeniería dnHEM1 demostraron una actividad peroxidasa competente con un intermediario de ferril neutro estable.
• El dnHEM1 rediseñado logró una ciclopropanación de estireno altamente enantioselectiva (hasta un 93% de rendimiento, 97:3 e.r.) a través de la actividad de la carbenotransferasa.

Conclusiones:

• El enfoque de diseño de proteínas de novo desarrollado permite la creación de enzimas personalizadas con cofactores y bolsas de unión a medida.
• Esta estrategia permite la ingeniería precisa de las funciones enzimáticas, ampliando las posibilidades de biocatálisis y química sintética.