Triosefosfaatisomerase, een vrijwel perfect enzym.

Enzymen evolueren niet langzaam richting maximale katalytische activiteit. Ze bereiken dat optimum verbazend snel en takelen dan weer af om energie te besparen. Dat suggereren onderzoekers uit Nieuw-Zeeland in het tijdschrift Interface, op basis van een uitgebreide literatuurstudie.

Het zou onder meer inhouden dat er niet zoiets bestaat als ‘primitieve’ enzymen, maar dat de eerste primitieve micro-organismen hun katalyse prima op orde hadden. En ook dat de enzymen, die we nu proberen aan te passen voor de industriële biotechnologie, lang niet zulke goede katalysatoren meer zijn als ze ooit moeten zijn geweest.

Volgens Wayne Patrick en collega’s van de University of Otago in Dunedin is het eigenlijk ook logisch. Als een enzym eenmaal de snelheidsbepalende stap (en dus de zwakste schakel) is in een metabole route, dan geeft dat een evolutionaire druk om de activiteit te verbeteren totdat een ánder enzym de snelheid gaat remmen.

Maar dat evolutieproces kan gemakkelijk dóórschieten, zodat zo’n enzym per ongeluk béter gaat functioneren dan strikt genomen noodzakelijk is. Eén aminozuur vervangen kan al voldoende zijn; het artikel noemt voorbeelden waarbij dat voor de expressie of de activiteit één of twee grootte-ordes uitmaakt.

Op zo’n moment valt de natuurlijke selectiedruk helemaal weg en kan het geen kwaad als een volgende mutatie de werking een beetje verzwakt. Dat kan zelfs goed zijn omdat het enzym hierdoor minder energie en substraten verspilt aan een productievolume waar de rest van de cel toch niets mee kan.

Als bewijs voert Patrick enkele recente pogingen aan om op basis van genetische stambomen het genoom van de eerste micro-organismen te reconstrueren. Daaruit volgt meteen welke eiwitten die moeten hebben aangemaakt. Meer dan eens komt uit zulk onderzoek dat die oer-enzymen zeker niet onderdeden voor hedendaagse analogen.

Een andere aanwijzing is het gemak waarmee hedendaagse organismen resistent worden tegen synthetische pesticiden, door nieuwe enzymen te ontwikkelen die deze stoffen kunnen hydrolyseren.

En de klapper is natuurlijk dat de meeste natuurlijke enzymen na vier miljard jaar evolutie nog steeds verre van perfect zijn - inmiddels verre van perfect is wellicht een betere omschrijving van de werkelijkheid.

bron: University of Otago