Els enzims modificadors de sucres juguen un paper fonamental a la vida. Controlen com s'uneixen els sucres a les proteïnes i altres molècules, processos que influeixen en la comunicació cel·lular, el desenvolupament i la immunitat i a la resposta a l'estrès. A les plantes, aquestes reaccions són essencials per a la construcció de les parets cel·lulars i la regulació del creixement, mentre que en els humans, enzims similars estan vinculats als processos patològics i a l'eficàcia dels anticossos terapèutics. Comprendre exactament com funcionen aquests enzims a nivell molecular és crucial no només per a la biologia bàsica, sinó també per millorar la biomedicina, l'agricultura i la biotecnologia industrial.

L'estudi d'aquest grup des de BIFI a la Universitat de Saragossa es centra en FUT11, un enzim fucosiltransferasa de la planta model Arabidopsi thaliana. Les glicosiltransferases com FUT11 catalitzen la formació d'enllaços glucosídics mitjançant la transferència d‟un sucre d'una molècula donant a una acceptora. Tradicionalment, els científics assumien que durant aquesta reacció, el sucre acceptor romania en gran mesura passiu, mantenint una forma estable mentre l'enzim activava el donant. Utilitzant dades estructurals d'alta resolució recopilades a la línia de llum XALOC -un dels instruments de l'ALBA per a cristal·lografia de raigs X-, els investigadors van poder visualitzar FUT11 unit als seus substrats i van descobrir una imatge molt diferent.

Les estructures cristal·lines recollides a ALBA (BL13 XALOC) van proporcionar el marc estructural per a la interpretació mecanicista, i les simulacions atomístiques que l'acompanyaven van indicar que FUT11 promou activament una distorsió transitòria (puckering) de l'anell de sucre acceptor, allunyant-lo de la seva conformació de cadira més estable. En aquestes simulacions, la base catalítica (Glu158) actua no només com a acceptor de protons, sinó també com a efector conformacional: les seves interaccions predisposen a la GlcNAc més interna a un estat reactiu i arrufat que alinea millor l'hidroxil acceptor per a l'atac nucleofílic i la formació eficient de l'enllaç.

Més enllà de la biologia vegetal, els resultats tenen una rellevància més àmplia. L'estructura de FUT11 comparteix similituds importants amb les fucosiltransferases humanes, cosa que explica per què l'enzim vegetal també pot actuar sobre sucres no nadius. Aquesta flexibilitat mecanicista ajuda els científics a comprendre com van evolucionar els enzims relacionats i com es podria ajustar o redirigir la seva activitat. Aquest coneixement és clau per a l'enginyeria enzimàtica, inclòs el disseny de catalitzadors que produeixin glicans personalitzats o millorin la síntesi de biomolècules complexes.

Aquest treball demostra el valor únic de ALBA com a infraestructura de recerca per descobrir processos moleculars dinàmics que no es poden captar amb una sola tècnica.

A mesura que l'ALBA avança cap a l'actualització d'ALBA II s'espera que els estudis de dinàmica enzimàtica i reaccions biomoleculars complexes se'n beneficiïn encara més, obrint noves oportunitats per a la innovació a la intersecció de la biologia estructural, la química i les ciències de la vida.

Representació de l'enzim flucosiltransferasa FUT11.