Des chercheurs de l'Université d'Adélaïde ont découvert comment les molécules d'eau sont organisées lors des réactions hydrolytiques des plantes, des connaissances qui pourraient avoir des conséquences radicales pour les industries biomédicales, pharmaceutiques, alimentaires et chimiques.
L'équipe de recherche, dirigée par le professeur Maria Hrmova de l'Université d'Adélaïde, a identifié des composants enzymatiques qui sous-tendent les réseaux de molécules d'eau et fonctionnent comme des principaux opérateurs pour réguler le flux d'eau pendant les réactions hydrolytiques.
« Conceptuellement, l'une des entreprises les plus excitantes de la biophysique et de la biochimie est d'étudier la dynamique des molécules d'eau », a déclaré le professeur Hrmova, dont l'étude a été publiée dans Biologie des communications.
« Les molécules d'eau sont de minuscules entités chimiques qui se comportent de telle manière qu'un moment vous pouvez les voir, et le prochain vous ne pouvez pas. Dans ce travail, notre équipe internationale a déployé la cinétique enzymatique, la cristallographie de synchrotron à rayons X à haute résolution, la reconstruction de la séquence de séquences animées.
« Cette approche multidisciplinaire nous a permis de comprendre leurs trajectoires évolutives et de formuler des principes pour la dynamique des molécules d'eau dans les réactions hydrolytiques et comment les molécules d'eau forment des réseaux harmonisés ou non alétiques aux niveaux atomique », a ajouté le professeur HRMOVA.
L'eau est l'une des molécules les plus petites et les plus abondantes de l'univers. Il remplit plusieurs rôles métaboliques en tant que solvant, substrat, cofacteur, intermédiaire et produit, pendant les transformations biochimiques dans les systèmes vivants, tels que les plantes et les animaux.
Il y a jusqu'à 80 000 enzymes fondamentales à la vie qui utilisent l'eau comme réactif, catalysant et accélérant les réactions biochimiques sur lesquelles dépendent presque tous les processus métaboliques et physiologiques.
Ces processus comprennent l'hydrolyse des substrats de glucides tels que la cellulose, l'amidon et d'autres glycosides pendant la croissance et le développement de toutes les formes de vie. Cette fonction permet aux enzymes, y compris les hydrolases végétales, de recycler efficacement les substrats polymères et de soutenir l'extension primaire des racines, la germination des graines et la pollinisation.
En plus des industries biomédicales, pharmaceutiques, alimentaires et chimiques de plusieurs milliards de dollars, cette découverte pourrait avoir un impact sur la conception et la bio-ingénierie enzymatiques, la nourriture, le papier, le papier, la pulpe, les bioplastiques et le traitement des matériaux textiles et la production de biocarburants.
« De tels découvertes sont importants pour la fabrication de produits grâce à des biotechnologies et favorisent le développement de nouvelles enzymes hydrolytiques bio-conçues », a déclaré le professeur Hrmova. « Ces enzymes optimisées pourraient également fonctionner en dehors des systèmes biologiques pour produire des produits pharmaceutiques, des nutra-chimiques, des médicaments, des produits chimiques, des herbicides, des pesticides et d'autres réactifs. »
Cette étude s'appuie sur les travaux fondamentaux antérieurs du professeur HRMOVA et de son équipe à l'École d'agriculture, de nourriture et de vin et de l'Institut Waite Research.
« L'interdisciplinarité de notre travail – techniques d'intégration, outils, concepts et théories – nous a permis de résoudre l'énigme de ces processus parmi les défis de recherche complexes », a-t-elle expliqué.
« Dans un contexte plus large, ici et dans d'autres études, nous avons identifié les opérateurs régulant le flux et les réseaux d'eau pendant les réactions hydrolytiques, qui – avec d'autres phénomènes centraux tels que la procédésvité et les mouvements de réactifs par les trajectoires – sont tous fondamentaux à la catalyse », a déclaré le professeur Hrmova.
Des visualisations animées décrivant l'évolution des réseaux d'eau dans une exo-hydrolase de plante sont disponibles ici.
