Mutaciones enzimáticas para acelerar procesos industriales
El proyecto financiado por la Unión Europea «Xylanases as models for understanding enzymatic catalysis» (XYLANASES) utilizó enzimas comunes para estudiar la función que desempeñan los residuos remotos en la catálisis. Las xilanasas son glucosidasas producidas por hongos, bacterias y levaduras, que descomponen la hemicelulosa, un componente muy importante de la pared celular vegetal. Su aplicación comercial más frecuente es en la industria del papel. El objetivo de las entidades asociadas al proyecto fue comprender cómo las partes remotas de las enzimas pueden contribuir a la catálisis. Las características mecánicas y estructurales de las xilanasas se conocen muy bien, por lo que resultan modelos de sistemas idóneos para esta investigación. El equipo de científicos investigó la participación de aminoácidos específicos en la catálisis combinando diferentes técnicas: mutagénesis, semisíntesis de proteínas, cinética enzimática, resonancia magnética nuclear (RMN) de proteínas y cristalografía de rayos X. Las mutaciones inducidas sistemáticamente produjeron cambios en la estructura y actividad de las enzimas. Las mutaciones de aminoácidos remotos en la xilanasa de Bacillus circulans generaron propiedades de expresión y purificación muy diferentes. La semisíntesis de proteínas sirvió para introducir aminoácidos artificiales. Tras los estudios cinéticos de los mutantes se realizó el análisis estructural con RMN. Con estudios de rayos X se definieron las estructuras tridimensionales de los mutantes seleccionados. Así fue posible realizar un seguimiento de la inactivación y reactivación de los mutantes a tiempo real. Con XYLANASAS se demostró por primera vez la mutagénesis de aminoácidos artificiales específica del sitio in vivo en una enzima activa para carbohidratos. La actividad de los mutantes se encontraba alterada en el orden de ocho a cincuenta y cinco con respecto a la actividad de la enzima de tipo salvaje. La alteración de la inactivación y reactivación enzimática depende de diferentes mutaciones. Se espera que los estudios estructurales que utilizan cristalografía de rayos X permitan obtener información sobre la modulación de la inactivación. El proyecto estableció condiciones de expresión de proteínas robustas para obtener concentraciones proteicas que permiten incorporar aminoácidos artificiales para los estudios de cristalografía de rayos X. La xilanasa de Bacillus circulans ya fue cristalizada; no obstante, no se habían obtenido proteínas en cristal con aminoácidos artificiales. Se prevé que los datos cristalográficos permitirán clarificar los efectos cinéticos que produce la incorporación de aminoácidos artificiales en sitios críticos de la xilanasa.
Palabras clave
Enzimas, mutaciones enzimáticas, xilanasas, catálisis enzimática, Bacillus circulans
