Aktuality

Antioxidačné enzýmy sú oxidoreduktázy obsahujúce ióny kovov, ktoré ako biokatalyzátory s vysokou rýchlosťou a účinnosťou môžu odstraňovať reaktívne zlúčeniny kyslíka. Tieto nebezpečné molekuly vznikajú permanentne ako nežiaduce medziprodukty aeróbneho metabolizmu a hromadia sa najmä v mitochondriách a peroxizómoch rôznych eukaryotických buniek. U prokaryotov sa môžu hromadiť priamo v ich cytoplazme, alebo v membránach. Reaktívne zlúčeniny kyslíka sú konkrétne predstavované molekulami peroxidu vodíka, superoxidovým aniónovým radikálom, hydroxylovým radikálom, organickými peroxidmi, peroxylovými radikálmi, alkoxylovými radikálmi, singletovým kyslíkom, ozónom, chlórnanmi a peroxonitritmi. Všetky tieto zlúčeniny samé aj vo vzájomných kombináciách vytvárajú jav označovaný vo vedeckej literatúre ako oxidačný stres. Tento proces môže mať pre metabolizujúce bunky toxické až letálne účinky i následky, podľa koncentrácie a výskytu uvedených reaktívnych zlúčenín kyslíka. Uvedené nestabilné molekuly môžu vážne poškodzovať biologické makromolekuly DNA, RNA, proteínov, lipidov i polysacharidov formou oxidatívnych modifikácií, ktoré sú vo väčšine prípadov nevratné. Práve preto sú vo všetkých živých organizmoch potrebné účinné antioxidanty, ktoré zabraňujú týmto nežiadúcim a nebezpečným reakciám a tvorbe reaktívnych kyslíkových zlúčenín v bunkách.

„Náš dlhoročný výskum v Laboratóriu fylogenomickej ekológie, ktoré je súčasťou Ústavu molekulárnej biológie SAV, v. v. i., v Bratislave sa spolu so zahraničnými vedeckými partnermi v Holandsku, Rakúsku a Španielsku už dlhšie obdobie zameriava na systematické skúmanie, klasifikáciu, produkciu a biotechnologické využitie rôznych antioxidačných enzýmov. Preskúmali sme rôzne typy kataláz, ktoré z peroxidu vodíka uvoľňujú molekulový kyslík aj peroxidázy, ktoré pomocou rozkladu peroxidu vodíka oxidujú rôzne molekuly a ióny,“ objasňuje Marcel Zámocký z Ústavu molekulárnej biológie SAV, v. v. i.  

Vedci objavujú čoraz viac mimoriadnych enzýmov z húb, medzi antioxidačnými enzýmami v poslednom čase čoraz významnejšiu úlohu získavajú tzv. nešpecifické peroxygenázy (UPO) – hemové tiolátové peroxidázy, ktoré dokážu prekvapivo účinne rozkladať rôzne organické látky. Tieto enzýmy obsahujú aktívne centrum – ión železa viazaný v hemovej štruktúre, ktorý je obklopený unikátnou kombináciou aminokyselín. Práve táto jedinečná "stavba" im umožňuje vnášať atómy kyslíka z peroxidu vodíka priamo do molekúl znečisťujúcich látok. Objavujú sa najmä vo vláknitých hubách, ale aj v riasach či meňavkách. Vďaka ich schopnosti oxyfunkcionalizácie môžu z kontaminovaného prostredia odstraňovať rôzne veľké množstvá nebezpečných chemikálii šetrne a efektívne. Majú veľký potenciál pre ekologické čistenie vody, pôdy aj priemyselných odpadov. Umožňuje to unikátny reakčný mechanizmus týchto novoobjavených metaloenzýmov, ktorý je schopný oxidačne meniť aj rôzne odolné organické molekuly prítomné ako kontaminanty z antropogénnej činnosti v životnom prostredí. Ide o dôležitý krok smerom k udržateľným biotechnológiám budúcnosti.

„Cieľom nového rozbiehajúceho sa projektu APVV-24-0455: Racionálny dizajn, mutagenéza, optimalizácia a efektívny prísun enzýmových antioxidantov, ktorý nadväzuje na úspešný predchádzajúci výskum projektu APVV-20-0284: Hybridné hemové peroxidázy húb z pralesa s využitím v environmentálnych biotechnológiách je využiť získané poznatky o unikátnych katalytických schopnostiach rôznych enzýmových antioxidantov pre ich budúce použitie v biotechnológiách. Tieto budú účinne chrániť životné prostredie tým spôsobom, že budú umožňovať alternatívne procesy ktoré neprodukujú nebezpečný odpad, ale umožňujú udržateľné produkčné procesy v porovnaní s klasickou organickou syntézou. Cieľom projektu je účinná a stabilná imobilizácia antioxidačných enzýmov,“ dodáva Marcel Zámocký.

Text: Marcel Zámocký, Ústav molekulárnej biológie SAV, v. v. i.