O que é t-aktiv iynesi e como funciona?
Os isoprenóides são uma grande classe de produtos naturais com diversas propriedades e aplicações em muitos campos, como medicina, agricultura e biotecnologia. No entanto, produzir isoprenóides biologicamente não é fácil, pois as vias naturais são longas, complexas e rigidamente reguladas. Neste artigo, apresentaremos uma via sintética para a biossíntese de isoprenóides, denominada t-aktiv iynesi, que supera essas limitações e oferece novas possibilidades para a engenharia de isoprenóides.
t-aktiv iynesi
Introdução
O que são isoprenóides e por que são importantes?
Os isoprenóides, também conhecidos como terpenóides, são um grupo de compostos orgânicos derivados de unidades de cinco carbonos chamadas isopreno. Unidades de isopreno podem ser combinadas de diferentes maneiras para formar milhares de estruturas diferentes, variando de monoterpenos simples (duas unidades) a politerpenos complexos (centenas de unidades). Alguns exemplos de isoprenóides são carotenóides, esteróides, hormônios, vitaminas e óleos essenciais.
Os isoprenóides têm muitas funções e papéis biológicos nos organismos vivos. Eles estão envolvidos na fotossíntese, respiração, estabilidade da membrana, transdução de sinal, defesa e comunicação. Eles também têm muitas aplicações industriais, como produtos farmacêuticos, nutracêuticos, aromas, fragrâncias, biocombustíveis e bioplásticos. Portanto, há uma grande demanda por isoprenóides em vários setores.
Quais são os desafios da biossíntese de isoprenóides?
A biossíntese de isoprenóides na natureza envolve duas vias principais: a via do mevalonato (MVA) e a via do fosfato de metileritritol (MEP). Ambas as vias produzem dois precursores comuns: isopentenil difosfato (IPP) e dimetilalil difosfato (DMAPP), que podem então ser convertidos em vários produtos isoprenóides por enzimas específicas. No entanto, essas vias têm algumas limitações inerentes que as tornam ineficientes ou inadequadas para a produção em larga escala de isoprenóides.
Algumas dessas limitações são:
As vias estão ligadas ao metabolismo da glicose e dependem da disponibilidade de fontes de carbono e cofatores.
As vias estão sujeitas a regulação complexa e inibição de feedback por produtos finais.
As vias têm baixos fluxos e rendimentos devido à perda de intermediários ou reações secundárias.
As vias têm diversidade e modularidade limitadas devido à especificidade de enzimas e intermediários.
O que é t-aktiv iynesi e como ele difere de outras vias isoprenóides?
T-aktiv iynesi é uma via sintética para a biossíntese de isoprenóides que foi desenvolvida por Chatzivasileiou et al. (2018) . Ele usa isopentenol fornecido externamente como substrato em vez de um catabólito derivado da glicose, tornando-o radicalmente diferente das vias de ocorrência natural ou de suas variantes modificadas. O isopentenol pode ser isoprenol ou prenol, que são dois isômeros geométricos do 3-metil-3-buten-1-ol. A via consiste em apenas duas etapas: fosforilação sequencial de isopentenol em IPP ou DMAPP por duas quinases (Fig. 1). A via usa apenas um cofator: ATP.
Fig. 1. Diagrama esquemático da via t-aktiv iynesi com isopentenol, IPP, DMAPP, ATP e quinases.
Benefícios do t-aktiv iynesi
Alto fluxo e eficiência
Uma das principais vantagens do t-aktiv iynesi é que ele tem um alto fluxo e eficiência em comparação com os caminhos naturais. Isso ocorre porque ele ignora as etapas limitantes da taxa e os mecanismos reguladores das vias MVA e MEP, como a conversão de acetil-CoA em mevalonato ou a formação de 1-desoxi-D-xilulose 5-fosfato. Além disso, ele usa apenas um cofator (ATP) em vez de vários cofatores (NADPH, NADH, FADH2) necessários para as vias naturais. Portanto, t-aktiv iynesi pode produzir mais IPP e DMAPP por mol de substrato e cofator do que as vias MVA e MEP.
Desacoplamento do metabolismo central de carbono
Outro benefício do t-aktiv iynesi é que ele separa a biossíntese de isoprenóides do metabolismo central de carbono. Isso significa que não depende da disponibilidade ou consumo de glicose ou outras fontes de carbono que são utilizadas para crescimento e manutenção das células hospedeiras. Em vez disso, usa isopentenol como substrato, que pode ser fornecido externamente ou produzido a partir de matérias-primas renováveis, como biomassa ou resíduos. Isso reduz a carga metabólica e a competição por recursos entre a produção de isoprenóides e a viabilidade celular.
Flexibilidade e modularidade
Um terceiro benefício do t-aktiv iynesi é que ele oferece flexibilidade e modularidade para engenharia isoprenóide. Isso ocorre porque pode ser facilmente combinado com diferentes enzimas ou vias a jusante para produzir vários produtos ou derivados isoprenóides. Por exemplo, adicionando uma enzima preniltransferase, t-aktiv iynesi pode produzir geranil difosfato (GPP), farnesil difosfato (FPP) ou geranilgeranil difosfato (GGPP), que são precursores de monoterpenos, sesquiterpenos e diterpenos, respectivamente. Alternativamente, adicionando uma enzima ciclase, t-aktiv iynesi pode produzir isoprenóides cíclicos, como limoneno ou pineno. Além disso, ao modificar a especificidade do substrato ou a estereoquímica das quinases ou enzimas a jusante, t-aktiv iynesi pode produzir novos derivados isoprenóides que não são encontrados na natureza.
Aplicações de t-aktiv iynesi
Produção de produtos isoprenóides valiosos
Uma das principais aplicações do t-aktiv iynesi é produzir produtos isoprenóides valiosos que têm alta demanda em vários setores.Por exemplo, t-aktiv iynesi pode ser usado para produzir carotenóides, como β-caroteno ou licopeno, que são usados como corantes alimentares, antioxidantes e suplementos nutricionais. Também pode ser usado para produzir esteróides como colesterol ou pregnenolona, que são usados como precursores de hormônios, drogas ou cosméticos. Além disso, pode ser usado para produzir biocombustíveis como farnesane ou pinane, que são alternativas renováveis aos combustíveis fósseis.
Engenharia de novos derivados isoprenóides
Outra aplicação de t-aktiv iynesi é projetar novos derivados isoprenóides que tenham propriedades ou funções novas ou aprimoradas. Por exemplo, t-aktiv iynesi pode ser usado para produzir isoprenóides não naturais, como terpenos fluorados ou terpenos deuterados, que possuem maior estabilidade, solubilidade ou bioatividade. Também pode ser usado para produzir isoprenóides híbridos, como terpenos-polyketides ou terpeno-peptídeos, que têm maior diversidade e complexidade. Além disso, pode ser usado para produzir biossensores ou repórteres baseados em terpenos fluorescentes ou luminescentes.
Exploração da diversidade e evolução de isoprenóides
Uma terceira aplicação de t-aktiv iynesi é explorar a diversidade e evolução da diversidade e evolução dos isoprenóides. Uma terceira aplicação de t-aktiv iynesi é explorar a diversidade e evolução dos isoprenóides na natureza. Ao usar o t-aktiv iynesi como uma ferramenta para produzir diferentes precursores isoprenóides, os pesquisadores podem investigar a estrutura e a função de várias enzimas e vias isoprenóides encontradas em diferentes organismos. Isso pode revelar como os isoprenóides evoluíram para se adaptar a diferentes condições ambientais e ecológicas e como contribuíram para a biodiversidade e a filogenia da vida.Por exemplo, usando t-aktiv iynesi para produzir difosfatos de prenila com diferentes comprimentos de cadeia, os pesquisadores podem estudar a especificidade do substrato e o mecanismo catalítico de diferentes terpeno ciclases responsáveis pela formação de diversos esqueletos de terpeno.
Conclusão
Resumo dos pontos principais
Em conclusão, t-aktiv iynesi é uma via sintética para a biossíntese de isoprenóides que usa isopentenol como substrato e duas quinases como enzimas. Possui vários benefícios sobre as vias naturais, como alto fluxo e eficiência, desacoplamento do metabolismo central do carbono e flexibilidade e modularidade. Tem várias aplicações na produção de produtos isoprenóides valiosos, engenharia de novos derivados isoprenóides e exploração da diversidade e evolução isoprenóides. É uma plataforma promissora para engenharia e descoberta de isoprenóides.
Rumos e desafios futuros
Apesar de suas vantagens, o t-aktiv iynesi também enfrenta alguns desafios e limitações que precisam ser abordados em pesquisas futuras. Algumas delas são:
A disponibilidade e o custo do isopentenol como substrato. O isopentenol pode ser produzido a partir de fontes renováveis, como biomassa ou resíduos, mas o rendimento e a pureza podem variar dependendo da matéria-prima e do processo de conversão. Além disso, o isopentenol pode ser tóxico ou volátil, exigindo condições especiais de manuseio e armazenamento.
A estabilidade e atividade das quinases em diferentes hospedeiros e condições. As quinases usadas em t-aktiv iynesi são derivadas de bactérias ou archaea, que podem ter requisitos de pH, temperatura ou cofator ideais diferentes das células hospedeiras. Além disso, as quinases podem estar sujeitas a degradação ou inibição por outros componentes celulares ou metabólitos.
A regulação e otimização do fluxo e rendimento da via.O fluxo e o rendimento de t-aktiv iynesi podem depender de vários fatores, como o nível de expressão e localização das quinases, a disponibilidade e transporte de isopentenol e ATP, o equilíbrio entre as proporções de IPP e DMAPP e a competição ou feedback de vias ou produtos a jusante.
A integração e compatibilidade com caminhos ou produtos a jusante. As vias a jusante ou produtos de t-aktiv iynesi podem ter requisitos ou preferências diferentes para o tipo, estereoquímica ou concentração de IPP ou DMAPP. Além disso, algumas vias ou produtos a jusante podem interferir ou inibir t-aktiv iynesi ou seus componentes.
Portanto, mais estudos são necessários para superar esses desafios e melhorar o desempenho e a aplicabilidade do t-aktiv iynesi em diferentes hospedeiros, condições e produtos.
perguntas frequentes
O que significa t-aktiv iynesi? T-aktiv iynesi significa ativação de terpeno por isopentenil fosfato sintase (IPPS) seguida por isopentenil fosfato quinase (IPK).
Quais são as vantagens do t-aktiv iynesi sobre os caminhos naturais? T-aktiv iynesi tem vantagens como alto fluxo e eficiência, desacoplamento do metabolismo central de carbono, flexibilidade e modularidade.
Quais são alguns exemplos de produtos isoprenóides que podem ser produzidos por t-aktiv iynesi? Alguns exemplos são carotenóides, esteroides, biocombustíveis, terpenos fluorados, terpenos-polyketides, terpenos fluorescentes.
Como o t-aktiv iynesi difere de outras vias sintéticas para a biossíntese de isoprenóides? T-aktiv iynesi difere de outras vias sintéticas por usar isopentenol como substrato em vez de um catabólito derivado da glicose.
Quais são alguns desafios ou limitações do t-aktiv iynesi? Alguns desafios ou limitações são a disponibilidade e custo do isopentenol, a estabilidade e atividade das quinases, a regulação e otimização do fluxo e rendimento da via, a integração e compatibilidade com vias ou produtos a jusante.
0517a86e26
Comments