Los plásticos y otros polímeros se usan todos los días. Estos polímeros están hechos principalmente de recursos fósiles mediante el refinado de productos petroquímicos. Por otro lado, muchos microorganismos sintetizan naturalmente los poliésteres conocidos como polihidroxialcanoatos PHA como gránulos distintos dentro de las células.
Los PHA son una familia de poliésteres microbianos que han atraído mucha atención como plásticos y elastómeros biodegradables y biocompatibles que pueden sustituir a sus contrapartes petroquímicas. Ha habido numerosos documentos y patentes sobre clonación génica e ingeniería metabólica de maquinarias biosintéticas de PHA, estudios bioquímicos y producciónde PHA; la simple búsqueda en Google con "polihidroxialcanoatos" arrojó retornos de 223,000 páginas de documentos. Los PHA siempre han sido considerados ejemplos asombrosos de síntesis de polímeros biológicos. Es sorprendente ver PHA de 500 kDa a veces hasta 10,000 kDa que pueden sintetizarse in vivopor la PHA sintasa, la enzima polimerizante clave en la biosíntesis de la PHA. Han despertado un gran interés en determinar la estructura cristalina de la PHA sintasa en los últimos 30 años, pero desafortunadamente sin éxito. Por lo tanto, las características y los mecanismos moleculares de la PHA sintasa estaban bajo una oscuridadvelo.
En dos artículos publicados en línea en Biotechnology Journal en línea el 30 de noviembre de 2016, un equipo de investigación coreano dirigido por el profesor Kyung-Jin Kim en la Universidad Nacional de Kyungpook y el distinguido profesor Sang Yup Lee en el Instituto Avanzado de Ciencias de Corea yTechnology KAIST describió la estructura cristalina de la PHA sintasa de Ralstonia eutropha, la bacteria mejor estudiada para la producción de PHA, e informó la base estructural de los mecanismos moleculares detallados de la biosíntesis de PHA. La estructura cristalina se depositó en el Banco de datos de proteínas en febrero de 2016Después de descifrar la estructura cristalina del dominio catalítico de la PHA sintasa, además de otros estudios estructurales sobre enzimas completas y proteínas relacionadas, el equipo de investigación también realizó experimentos para dilucidar los mecanismos de la reacción enzimática, validando estructuras detalladas, ingeniería enzimática ytambién estudios de dominio N-terminal entre otros.
A través de varios estudios bioquímicos basados en la estructura cristalina, los autores muestran que la PHA sintasa existe como un dímero y se divide en dos dominios distintos, el dominio N-terminal RePhaC1ND y el dominio C-terminal RePhaC1CD. El RePhaC1CD catalizala reacción de polimerización a través de un mecanismo de ping-pong no procesivo utilizando una tríada catalítica Cys-His-Asp. Los dos sitios catalíticos del dímero RePhaC1CD se colocan a una distancia de 33.4 Å, lo que sugiere que la reacción de polimerización ocurre independientemente en cada sitio.presenta los mecanismos basados en la estructura para las especificidades de sustrato de varias sintasas de PHA de diferentes clases.
El profesor Sang Yup Lee, quien ha trabajado en este tema durante más de 20 años, dijo: "Los resultados y la información presentados en estos dos documentos han sido esperados durante mucho tiempo no solo en la comunidad PHA, sino también en ingeniería metabólica, bacteriología / microbiología,y en las comunidades de ciencias biológicas en general. La información estructural sobre la PHA sintasa junto con los mecanismos de reacción recientemente descifrados será valiosa para comprender los mecanismos detallados de biosíntesis de este importante material de almacenamiento de energía / redox, y también para la ingeniería racional de las síntesis de PHA para producir un diseñadorbioplásticos de varios monómeros de manera más eficiente "
De hecho, estos dos artículos publicados en Revista de biotecnología finalmente revelar el misterio de 30 años de la maquinaria de síntesis biológica de poliéster, y servirá como la brújula esencial en la creación de maquinarias de bioplástico de diseño y más eficientes.
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Materiales proporcionado por Instituto Avanzado de Ciencia y Tecnología de Corea . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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