אנזים מלאכותי

איור של אנזים מלאכותי

אנזים מלאכותי הוא מולקולה אורגנית סינתטית שמיוצרת במטרה לחקות את האתר הפעיל של אנזים טבעי. היא נבנית ממולקולה מארחת האחראית להתקשרות סלקטיבית עם הסובסטרט ואשר אליה מוסיפים קבוצות פונקציונליות כדי להשיג פעילות קטליטית.

יצירתם של אנזימים חדשים מאפשרת מגוון יישומים עתידיים בתחומי הרפואה והתעשייה. צוות מדענים מאוניברסיטת וושינגטון בסיאטל וממכון ויצמן למדע, הצליח במשימה זו לראשונה ב-2008.

גישת המחקר

הזירוז של תגובה כימית על ידי אנזים נעשה בקצב גבוה ותוך כדי סלקטיביות גבוהה. הפעילות מתרחשת בחלק קטן של המקרומולקולה המרכיבה את האנזים שנקרא האתר הפעיל. קשירת הסובסטרט בקרבה לקבוצות הפונקציונליות באנזים, גורם לזירוז התגובה על ידי 'אפקט פרוקסי'. הרעיון שבבסיס הסינתיזה המלאכותית הוא שאפשר ליצור זרזים דומים אך ממולקולות קטנות שיְחָקוּ את האתרים הפעילים באנזים. לשם כך, צריך ליצור במולקולות קטנות את היכולת לקשר סובסטרט עם קבוצות פונקציונליות מזרזות. את האתר הפעיל המלאכותי מרכיבים על מולקולות מארחות.

בתחילה המולקולות המארחות היו בעיקר ציקלודקסטרין, אתרים כתריים או קליקסארן (Calixarene) (סוג של מקרומולקולה טבעתית). למרות יכולתן להאיץ את התגובה פי 1,000, המולקולות המלאכותיות נמצאות הרבה מתחת לביצועי האנזימים הטבעיים שמגיעים לפי מיליון (x10⁶). נוסו גישות חדשות כמו שימוש בפפטידים או בנוגדנים קטליטיים.

ניסויים הראו ש חומצת האמינו היסטידין יכולה לשמש לחיקוי מספר מטאלופרוטאינים ואנזימים. גם הוכח שניתן לחקות מספר חלבונים, ביניהם גם אנזימים, בעלי אטום נחושת (כמו טירוזינאז, המוציאנין, וקטכול-אוקסידאז) ואשר מכילים אתר בו קיים קשר כימי הנקרא 'קשר נחושת מסוג 3'. מדובר בזריקת עידוד לגישות חדשות שמתכוונות לחקות סמנים כמו חומצות אמינו ופפטידים על גבי האנזים.

תהליך בניית אנזים מלאכותי

האנזים הוא זרז (קטליזטור) ביולוגי. זוהי מולקולת חלבון העשויה "מחרוזת" של חומצות אמינו, המתקפלות ליצירת מבנה תלת-ממדי מוגדר. צוות החוקרים שעסק בבניית האנזים המלאכותי - ניגש, בשלב ראשון, לעצב את ליבה של המכונה – "האתר הפעיל" - שבו מתבצעת התגובה הכימית. התפקיד אותו הועידו המדענים לאנזים החדש הוא סילוק פרוטון (אטום מימן טעון חיובית) מאטום פחמן. לשם כך יצרו מערך הכולל חומצת אמינו שתפקידה "לקטוף" את הפרוטון, וחומצות אמינו נוספות המזרזות את תהליך העברת הפרוטון. השלב הבא בבניית האנזים היה תכנון המקרומולקולה המארחת, כלומר קביעת הרצף של כ-200 חומצות האמינו המרכיבות את החלבון. לכאורה, מספר הדרכים לסדר חומצות אמינו מ-20 סוגים שונים, במחרוזת המורכבת מ-200 יחידות, הוא עצום. אך למעשה, רק מספר מצומצם של אפשרויות אכן בא בחשבון, משום שרצף חומצות האמינו קובע את המבנה המרחבי של האנזים, ולכן גם משפיע על פעילותו.

לדעת החוקרים: "שילוב הטכנולוגיות – קביעת מבנה (האנזים המלאכותי) באמצעות תכנון ממוחשב, ותהליך אבולוציוני במבחנה – פותח אופקים חדשים בייצור אנזימים מלאכותיים" אומר פרופ' תופיק ממכון ויצמן; "הודות למחקר זה אנו מבינים יותר את המבנה ודרכי הפעולה של אנזימים. הבנה זו תאפשר תכנון וייצור של אנזימים ליישומים שהטבע לא "חשב" עליהם, כמו פירוק רעלים, ייצור תרופות, ותהליכים רבים נוספים".

קישורים חיצוניים

• אנזים מלאכותי (אורכב 18.02.2020 בארכיון Wayback Machine), באתר epochtimes
• אנזים מלאכותי Online ISBN 9783527606641Editor(s): Ronald Breslow Published Online: 24 MAR 2006