Une équipe de recherche de la Ruhr-Universität Bochum (RUB) et d'Afrique du Sud a analysé deux enzymes avec des poches de liaison au substrat identiques qui convertissent néanmoins des substrats différents. Dans le processus, il est apparu que les changements à la surface de l'enzyme affectent sa spécificité de substrat en modifiant la densité de son emballage à l'intérieur. Ces découvertes pourraient ouvrir la voie à la manipulation de la fonction enzymatique. Les chercheurs ont publié leur rapport dans la revue Biologie des communications le 2 novembre 2018.

Les chercheurs ont découvert que les enzymes végétales, les nitrilases, Sont très similaires. Ils ont pu remplacer leurs composants pièce par pièce. "Nous avons ainsi découvert qu'en échangeant simplement un seul composant à la surface, nous pourrions faire en sorte qu'une enzyme convertisse le substrat d'une autre enzyme, " explique le professeur agrégé Dr Markus Piotrowski du département de génétique moléculaire et de physiologie des plantes de la RUB.

Les chercheurs ont déployé la microscopie électronique pour analyser pourquoi une modification de la surface peut affecter la liaison du substrat à l'intérieur. Les nitrilases analysées forment des hélices plus grandes qui sont suffisamment grandes pour être rendues visibles au microscope électronique. "Nous avons ainsi pu voir que les modifications de la surface ont eu pour résultat que les molécules d'enzymes dans l'hélice étaient plus ou moins densément emballées, " dit Piotrowski. " Ceci, à son tour, provoque vraisemblablement une compression plus ou moins serrée du site de liaison du substrat. » Dans son état plus fortement comprimé, la poche de liaison n'est plus accessible aux molécules de substrat plus grosses.

Pour les chercheurs, les nitrilases constituent un modèle de l'évolution des enzymes, mais ils sont également déployés dans l'industrie chimique et pharmaceutique en tant que biocatalyseurs. À ce jour, les expériences visant à modifier ces enzymes en altérant leur site de liaison au substrat ont pour la plupart échoué. "Nos résultats ont montré que la structure quaternaire, à savoir le nombre et la disposition des molécules enzymatiques individuelles, doit être pris en considération, " dit Markus Piotrowski. En conséquence, des modifications ciblées de la fonction enzymatique peuvent être réalisées sans apporter de modifications à l'enzyme elle-même, mais simplement en le comprimant en hélices de nitrilase avec des densités différentes.