בביולוגיה, אנזימים התפתחו במשך מיליוני שנים כדי להניע תגובות כימיות. מדענים ממכון מקס פלאנק לדינמיקה וארגון עצמי (MPI-DS) נגזרו כיום על כללים אוניברסליים כדי לאפשר את דה נובו תכנון של אנזימים אופטימליים. כדוגמה, הם שקלו את התגובה האנזימטית של שבירת דימר לשתי מולקולות מונומר. בהתחשב בגיאומטריה של מורכב אנזים-מצע כזה, הם זיהו שלושה כללי מוזהבים שיש לקחת בחשבון לבניית אנזים פונקציונלי.
ראשית, הממשק של האנזים וגם המולקולה צריך להיות ממוקם בסוף הקטן יותר שלהם. בדרך זו ניתן להשיג צימוד חזק בין שניהם. מאותה סיבה, השינוי הקונפורמטיבי באנזים לא אמור להיות קטן יותר מאשר בתגובה. לבסוף, השינוי הקונפורמטיבי של האנזים צריך להתרחש מספיק מהר כדי למקסם את הכוח המניע הכימי של התגובה.
"בנינו את המחקר שלנו על שני עמודים עיקריים", מתאר רמין גולסטניאן, מנהל MPI-DS את הגישה. "שימור המומנטום והצימוד בין קואורדינטות התגובה", הוא ממשיך. לפיכך, החוקרים הרחיבו את השקפתו של תיאום תגובה דו-ממדית קלאסית. בדרך כלל, מודלים לתגובות אנזימטיות מגדירות מחסום אנרגיה שיש להתגבר עליו על מנת שהתגובה תתקיים.
כמו במודל שלנו אנו שוקלים גם את הדינמיקה והצימוד של האנזים, אנו חורגים ממושג קיים זה, בהתחשב בשני קואורדינטות תגובה. במקום להתגבר על מחסום אנרגיה, ניתן כעת לדמיין דרכים אלטרנטיביות לעקוף אותו על ידי נתיבים חלופיים. "
Michalis Chatzittofi, המחבר הראשון של המחקר
תוצאות אלה מספקות בסיס חדש לעיצוב מכונות מולקולריות, הימנעות מהגישה המייגעת והמאתגרת מבחינה טכנית כדי לדמות את הדינמיקה של כל אטום בנפרד.
