Nuova scoperta nella ricerca sugli enzimi: l'acqua è la chiave dell'attività
La scoperta potrebbe contribuire a migliorare l'uso dei biocatalizzatori in applicazioni industriali come la lavorazione degli alimenti o la produzione di biocarburanti
I ricercatori dell'Università di Greifswald hanno scoperto una caratteristica particolare degli enzimi che svolgono un ruolo nella conversione delle molecole di zucchero. Hanno identificato una molecola d'acqua precisamente coordinata. A lungo termine, questa scoperta potrebbe contribuire a migliorare l'uso dei biocatalizzatori in applicazioni industriali come la lavorazione degli alimenti o la produzione di biocarburanti. I risultati sono stati pubblicati su Nature Communications il 31 luglio 2025.
I biochimici guidati dal Prof. Dr. Uwe Bornscheuer dell'Istituto di Biochimica hanno studiato le esterasi dei carboidrati, ovvero i biocatalizzatori che alterano le strutture complesse degli zuccheri rimuovendo alcuni gruppi chimici. Le esterasi dei carboidrati influenzano la capacità di altri enzimi di elaborare questi zuccheri. Nell'ambito dell'unità di ricerca POMPU, finanziata dalla DFG, e in collaborazione con scienziati brasiliani, i ricercatori hanno utilizzato la cristallografia a raggi X per determinare la struttura completa di due membri della famiglia di enzimi CE20(Fl8CE20_II e PpCE20_II) e sono riusciti a delucidarne la funzione per la prima volta.
Gli scienziati si sono imbattuti in una scoperta sorprendente nel cosiddetto sito attivo dell'enzima, cioè la parte che esegue le reazioni chimiche. "Normalmente, questo sito è costituito da tre aminoacidi che lavorano insieme in una posizione precisa, la cosiddetta "triade catalitica". Tuttavia, negli enzimi analizzati mancava un componente decisivo: invece di un amminoacido direttamente coinvolto, abbiamo identificato una molecola d'acqua precisamente coordinata che è in grado di svolgere la funzione", spiega Michelle Teune, dottoranda presso l'Università di Greifswald, coautrice dello studio insieme a Plinio Vieira.
Questa struttura appena scoperta - una "triade catalitica mediata dall'acqua" - è stata ulteriormente confermata da esperimenti specifici. I ricercatori hanno studiato diverse mutazioni dell'enzima per valutare la loro influenza sulla coordinazione della molecola d'acqua. Secondo i risultati, la molecola d'acqua in questa nuova triade svolge un ruolo centrale nell'attività degli enzimi. "I nostri risultati dimostrano che l'acqua non serve solo come solvente, ma è effettivamente coinvolta attivamente nella reazione", spiega il Prof. Michael Lammers, che ha partecipato allo studio come biologo strutturale presso l'Istituto di Biochimica, e aggiunge: "Si tratta di un meccanismo che prima non conoscevamo e che amplia notevolmente la nostra comprensione degli enzimi".
"Questo studio dimostra quanto possa essere preziosa la collaborazione scientifica e fornisce importanti conoscenze fondamentali per la nostra comprensione delle esterasi dei carboidrati, che saranno importanti anche per il nostro Transregio/CRC CONCENTRATE, recentemente concesso", afferma il Prof. Dr. Uwe Bornscheuer, ricercatore principale del progetto.
Queste nuove scoperte non sono importanti solo per la ricerca di base, ma potrebbero trovare anche un'applicazione pratica, in quanto questi biocatalizzatori da carboidrati terrestri e marini potrebbero essere utilizzati per creare prodotti di valore sostenibile per varie applicazioni nell'industria alimentare o nel campo delle biotecnologie, ad esempio per la produzione di biocarburanti.
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Pubblicazione originale
Michelle Teune, Plínio S. Vieira, Thorben Döhler, Gottfried J. Palm, Theresa Dutschei, Daniel Bartosik, Leona Berndt, Gabriela F. Persinoti, Sandra Maaß, Dörte Becher, Thomas Schweder, Mário T. Murakami, Michael Lammers, Uwe T. Bornscheuer; "Insights into a water-mediated catalytic triad architecture in CE20 carbohydrate esterases"; Nature Communications, Volume 16, 2025-7-31
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