Ymchwilwyr y Brifysgol yn datblygu dull newydd arloesol o fapio actifedd ensymau

Mae ymchwilwyr yn yr Ysgol Cemeg wedi datblygu techneg newydd arloesol a fydd yn galluogi gwyddonwyr i nodi pa rannau penodol o ensymau sy'n helpu i gyflymu adweithiau cemegol

Drwy labelu segmentau penodol o ensym gydag isotopau trwm, mae'r ymchwilwyr wedi canfod bod gan fersiynau 'trwm' ac 'ysgafn' o ensymau briodweddau catalytig gwahanol, sy'n eu galluogi i weld pa rannau sy'n gysylltiedig â swyddogaethau penodol.

Y gobaith yw y gallai hyn daflu goleuni ar y rhesymau pam mae ensymau yn llawer mwy effeithlon wrth gyflymu adweithiau cemegol na chatalyddion gwneud, a gallai'r goblygiadau fod yn bellgyrhaeddol ar gyfer amrywiaeth o ddiwydiannau, fel creu gweithgynhyrchion, biodanwydd a chyffuriau therapiwtig.

Dywedodd prif awdur yr astudiaeth, yr Athro Rudolf Allemann, Athro Ymchwil Nodedig a Phennaeth yr Ysgol Cemeg: "Mae ensymau'n hollbwysig ar gyfer systemau byw, ac ar gyfer nifer o brosesau diwydiannol hefyd, megis cynhyrchu bwyd, tecstilau, glanedyddion, cynnyrch fferyllol a chemegau eraill lle mae dulliau ecogyfeillgar yn fwyfwy pwysig.

"Am y tro cyntaf, rydym wedi llwyddo i ddangos bod rhannau gwahanol ensym yn effeithio ar agweddau gwahanol ar ei swyddogaeth. Gellir defnyddio'r dull rydym wedi ei ddatblygu gydag amrywiaeth eang o ensymau fferyllol a diwydiannol pwysig, a bydd yn arwain at ddefnydd biolegol a meddygol newydd, a llwybrau cynhyrchu newydd ar gyfer ensymau sydd o ddefnydd diwydiannol."

Proteinau sy'n ysgogi bron yr holl adweithiau cemegol sy'n digwydd mewn systemau byw yw ensymau.

Mae ymchwilwyr ledled y byd yn ceisio deall sut yn union mae ensymau'n cynyddu cyfraddau adweithio, oherwydd maent fel arfer yn gweithredu'n llawer mwy effeithlon, ac mewn amodau mwy cyfeillgar, na chatalyddion gwneud a ddefnyddir mewn diwydiannau. Amcangyfrifir bod catalyddion gwneud yn sail i greu 80-90% o holl weithgynhyrchion.

Er bod gan ymchwilwyr ddealltwriaeth dda o gemeg ensymau, nid ydynt yn gwybod cymaint am sut mae ensymau'n adweithio'n ffisegol â'u targedau, yn benodol sut gall symudiadau neu ddirgryniadau ensym ysgogi'r adweithiau cemegol.

Yn eu hastudiaeth, roedd y tîm ymchwil, sy'n cynnwys ymchwilwyr yn Ysgol Cemeg Prifysgol Caerdydd, Prifysgol Valencia a Phrifsygol Jaume I yn Sbaen, yn ymchwilio i symudiadau ffisegol yr ensym dihydrofolate reductase (DHFR).

Mae DHFR yn ensym bach sy'n chwarae rhan hanfodol wrth adeiladu proteinau a deunydd genetig, a dyma oedd yr ensym cyntaf i'w dargedu ar gyfer triniaeth canser cemotherapi. Dyluniwyd cyffuriau i rwymo'n dynn wrth DHFR i'w atal rhag gweithio, gan atal celloedd sy'n atgynhyrchu'n gyflym — fel celloedd canser — rhag lluosi yn sgîl hynny.

Fe wnaeth yr ymchwilwyr newid pwysau DHFR drwy ychwanegu isotopau trwm — carbon, nitrogen a hydrogen yn benodol — ar segmentau penodol yr ensym. O ganlyniad i'r pwysau ychwanegol, roedd yr ensym yn symud yn arafach, ond nid oedd ei briodweddau cemegol yn newid.

Drwy newid rhannau gwahanol o'r ensym yn strategol, a chofnodi sut roedd yr adweithiau cemegol yn newid, roedd yr ymchwilwyr yn gallu pennu rôl ddynamig rhannau penodol o'r ensym mewn adweithiau cemegol.

Mae'r astudiaeth wedi'i chyhoeddi yn y cyfnodolyn Angewandte Chemie, a gallwch ei darllen yma.