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Understanding the molecular mechanism of enzymatic processes by a combination of NMR spectroscopy and molecular dynamics simulations

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L'azione atomica nelle reazioni enzimatiche

Gli enzimi possono aumentare le frequenze di reazione di 15 ordini di magnitudine, mille trilioni di volte più velocemente! La ricerca UE ha analizzato le dinamiche del comportamento degli enzimi in una reazione a livello atomico.

Salute

Gli enzimi, coinvolti in tutte le reazioni chimiche nel corpo, sono fondamentali per una salute ottimale, e possono essere utilizzati in molti processi industriali che imitano i sistemi naturali. Il progetto MMEP ha sviluppato una dettagliata definizione d'azione per due importanti enzimi: ciclofilina A (CypA) e PagP. In particolare CypA ha un ruolo chiave nella malattia umana: regola il folding e il traffico delle proteine, ed è secreta in risposta agli stimoli infiammatori. I ricercatori hanno incorporato misurazioni sperimentali in simulazioni di dinamiche molecolari. Il team ha utilizzato un nuovo approccio che coinvolge gli spostamenti chimici, modifiche nelle frequenze di risonanza dei nuclei degli atomi. Questi sono stati misurati utilizzando spettroscopia di risonanza magnetica nucleare. L'immissione di dati sperimentali ha portato a correzioni efficaci del campo di forza, cosicché la simulazione presenta miglior concordanza con i dati sperimentali. Gli scienziati hanno inoltre integrato metodi avanzati di campionamento per alleviare il problema del campionamento conformazionale, dal momento che le molecole cambiano forma per apportare modifiche al substrato. MMEP ha svelato i dettagli del funzionamento di CypA a livello atomico, quando l'enzima riesce a sostituire un atomo nel substrato. Utilizzando questo modello come base il team ha progettato un test sensazionale che prevede la sostituzione di un singolo atomo, sufficiente a regolare il rovesciamento della reazione. Il lavoro del progetto è riuscito a delineare le dinamiche submolecolari dell'enzima CypA. Onnipresente nella gestione delle cellule, CypA è coinvolto nelle più svariate malattie, come disturbi cardiovascolari, infezioni virali, neurodegenerazione, cancro, artrite reumatoide, sepsi, asma e parodontite. È probabile che il chiarimento del ruolo di CyPA fornirà una migliore comprensione dei meccanismi molecolari sottesi a queste malattie, e contribuirà a sviluppare nuove terapie farmacologiche.

Parole chiave

Atomico, enzima, CypA, folding delle proteine, dinamiche molecolari, simulazione, spostamento chimico, spettroscopia di risonanza magnetica nucleare, conformazione, malattia, terapia

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