La enzimología a escala evolutiva permite la exploración de un paisaje catalítico accidentado

Área de la Ciencia:

• La bioquímica
• Cinética de las enzimas
• Ingeniería de proteínas

Sus antecedentes:

• El mapeo cuantitativo de los paisajes de catálisis de secuencias enzimáticas es crucial para comprender la función, la evolución y el diseño de las enzimas.
• La adenilatocinasa (ADK) sirve como un sistema modelo para el estudio de la adaptación enzimática y las relaciones de secuencia-catálisis.

Objetivo del estudio:

• Mapear cuantitativamente el paisaje de catálisis de secuencia de la adenilato quinasa (ADK).
• Para diseccionar la topología, la navegabilidad y los fundamentos mecanicistas del paisaje de catálisis de secuencias ADK.
• Desafiar las hipótesis existentes con respecto a la adaptación enzimática y la cinética enzimática termofílica.

Principales métodos:

• Utilizó tecnología microfluídica para medir las constantes catalíticas (kcat y KM) para cientos de ortólogos y mutantes de ADK.
• Analizó la topología de paisaje de secuencia-catálisis e identificó vecindarios catalíticamente heterogéneos.
• Desarrolló modelos semisupervisados que integran datos experimentales con representaciones de secuencias de modelos de lenguaje de proteínas.

Principales resultados:

• Se reveló que los vecindarios catalíticamente heterogéneos en ADK están organizados por la arquitectura de dominio.
• Desafió la hipótesis de que las enzimas termofílicas son universalmente más lentas que las enzimas mesofílicas.
• Demostró que los modelos semisupervisados superan a los enfoques existentes para predecir los parámetros catalíticos de ADK.

Conclusiones:

• El estudio proporciona una estrategia prometedora para diseccionar paisajes de catálisis de secuencias enzimáticas a través de la evolución.
• Los hallazgos abren nuevas vías para la ingeniería enzimática y la predicción funcional.
• La organización de las propiedades catalíticas por arquitectura de dominio ofrece nuevos conocimientos sobre la adaptación de las enzimas.