Strukturella förändringar av ett kornenzym, som förutsetts genom högupplöst röntgenkristallografi och flerskalig molekylär modellering. Kredit:University of Adelaide
Forskare från University of Adelaide har avslöjat tidigare okända egenskaper hos ett växtenzym som kan leda till framsteg inom spannmålsproduktion, medicin och läkemedelsindustri.
Forskningen – publicerad i Nature Communications —har även potential att tillämpas på design av kemikalier, läkemedel, herbicider och bekämpningsmedel där enzymer är ett miljövänligt och kostnadseffektivt alternativ till nuvarande metoder.
"Vi upptäckte att dessa enzymer inte är styva, som ofta ses i kristallstrukturer, utan är flexibla och benägna för anmärkningsvärda förändringar i form", säger projektledaren Emerita Professor Maria Hrmova, från University of Adelaides School of Agriculture, Food and Wine, och Waite Research Institute.
"Detta uppnåddes genom att undersöka bindningsbeteendet hos sockerarter i enzymet på ultrasnabba tidsskalor.
"Vi löste 25 nya kristallstrukturer och kombinerade strukturdata med kraftfull flerskalig modellering, som avslöjade oväntade dynamiska processer i ett växtenzym.
"Vår studie ger en ritning om enzymdynamik, som var otillgänglig tidigare.
"Detta betyder att vi potentiellt skulle kunna förbättra egenskaperna hos enzymet som är avgörande för groning och hur rötterna växer, vilket leder till högre kornavkastning, vilket är avgörande vid spannmålsproduktion.
"Det finns också en mängd andra områden som den här forskningen kan tillämpa inom flera industrier och produkter.
"Detta arbete är resultatet av åtta års forskning, inte bara från School of Agriculture, Food and Wine och Waite Research Institute, utan andra institutioner i Australien och även i Kina, Frankrike, Spanien och Thailand.
"Det har verkligen varit ett samarbete och ett vi är oerhört stolta över, särskilt när brist på mat är en så kritisk och viktig fråga runt om i världen. Möjligheterna som härrör från detta arbete är oändliga."
Enzymer är viktiga för livet. De ökar avsevärt hastigheten på en kemisk reaktion utan att genomgå någon permanent kemisk förändring i sig själva.
Men när enzymer omvandlas, rör sig de ämnen som ett enzym verkar med in och ut från enzymet med hög hastighet.
Denna process hämmar undersökningen av dessa interaktioner med hjälp av standardexperimentella tekniker – ett problem som uppdagades med detta multidisciplinära tillvägagångssätt.
"Detta arbete kan leda till betydande förbättringar av katalytiska hastigheter, stabilitet och produkthämning i dessa enzymer", säger Emerita Professor Hrmova.
"De nya rönen är tillämpliga för att utveckla eller tillverka produkter genom nya former av biotekniska enzymer som kan användas utanför biologiska system genom kemi- och bioteknikindustrin." + Utforska vidare
