Enzymer som anpassats till extrema miljöer

Vissa enzymer kan fungera trots stark kyla eller värme eller under extremt högt tryck eller saltkoncentration. Johan Åqvist och hans forskargrupp studerar hur evolutionen har lyckats skapa enzymer som fungerar under väldigt extrema förhållanden. 

Enzymer som klarar av att göra sitt jobb trots riktigt tuffa förutsättningar hittar man hos olika mikroorganismer  Även köldanpassade fiskar som lever i vatten nära fryspunkten har enzymer som kan katalysera kemiska reaktioner trots kylan. Men till exempel däggdjurs enzymer är nästan helt inaktiva under sådana kalla förhållanden. 

Ofta är aminosyrasekvensen hos köld- och värmeanpassade enzymer mycket lika och det är ett begränsat antal mutationer som orsakar anpassningen de yttre förhållandena. Vad gäller anpassning till olika temperaturer ser man ett märkligt fenomen hos de katalyserade reaktionerna. Hos köldanpassade enzymer har aktiveringsenergin minskat märkbart medan flexibiliteten i stället ökat. Det är precis detta fenomen som ger ökad aktivitet när temperaturen sjunker. För värmeanpassade enzymer å andra sidan, är huvudproblemet att behålla stabilitet vid höga temperaturer, de vill säga att ha en hög smältpunkt. 

Designa enzymers egenskaper

Med kännedom om enzymernas 3D-strukturer har det nu blivit möjligt att simulera de katalytiska reaktionerna med stora datorberäkningar. Det går nu att beräkna reaktionshastigheter, bindningsstyrka till substratet, aktiveringsenergier och -entropier, smälttemperatur etc. Detta ger forskare för första gången möjlighet att förklara hur olika mutationer påverkar anpassningen till extrema förhållanden. Genom att förstå de termodynamiska och strukturella principer som använts av evolutionen för anpassa enzymer till olika extrema miljöer vill Johan Åqvist och hans forskargrupp använda kunskapen till att på ett rationellt sätt designa enzymers fysikaliska egenskaper och verifiera detta genom biokemiska experiment.

Foto: Mikael Wallerstedt