Más fuertes que la naturaleza: radicales optimizados como nuevos catalizadores potenciales
Un equipo de investigadores rediseña en laboratorio radicales fenoxilo con mayor capacidad de oxidación
La naturaleza utiliza enzimas para diversos procesos metabólicos. Estos catalizadores biológicos son extremadamente eficaces. Por ello, los catalizadores biomiméticos basados en materiales de partida baratos procedentes del laboratorio, capaces de reproducir la eficiencia de las enzimas naturales y de funcionar en condiciones ambientales, son de gran interés para la investigación y la industria.
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En un proyecto dirigido por el Instituto de Química de la Universidad Humboldt de Berlín (HU), los investigadores han estudiado un grupo especial de catalizadores biológicos conocidos como oxidasas. Estas enzimas catalizan diversas reacciones de oxidación, en las que una sustancia libera electrones que son absorbidos por otra. En estos procesos suelen desempeñar un papel importante unas pequeñas partículas muy reactivas, los llamados radicales.
Mejora de la capacidad oxidante al unirse al hierro
La enzima de interés actual es la galactosa oxidasa, presente en muchos tipos de hongos, en la que se utiliza un radical fenoxilo como oxidante. El equipo dirigido por el investigador de la HU Kallol Ray ha encontrado ahora una forma de utilizar el radical fenoxilo en el laboratorio de tal manera que se puede aumentar significativamente la capacidad de oxidación. En la enzima natural, el radical fenoxilo está estabilizado por un átomo de azufre, lo que limita su capacidad de oxidación. Ahora, los investigadores han mejorado la capacidad de oxidación uniendo un radical fenoxilo no modificado al hierro y han caracterizado químicamente por primera vez este radical hierro-fenoxilo. El equipo de Ray ha colaborado en este proyecto con colegas de la Universidad Técnica de Berlín y la Universidad de Michigan (EE.UU.).
Primera descripción del radical hierro-fenoxilo: importante para la investigación y la industria
"Esperamos que nuestro trabajo sea el punto de partida de otros esfuerzos más específicos para utilizar la interacción hierro-radical fenoxilo en diversas reacciones bioquímicas", afirma Kallol Ray. "Esto puede apoyar el desarrollo de catalizadores novedosos necesarios para tecnologías de energías alternativas y otras aplicaciones biotecnológicas".
Los resultados de la investigación de Ray y su equipo son de gran importancia tanto para la investigación como para la aplicación, ya que la reacción catalizada por la galactosa oxidasa (oxidación de un alcohol primario al aldehído correspondiente) es una de las reacciones químicas más importantes y más utilizadas en síntesis orgánica. Los descubrimientos también podrían utilizarse en la industria para convertir el gas metano, perjudicial para el clima, en metanol líquido. A diferencia del metano, que es un gas volátil y, por tanto, difícil de manipular, el metanol es fácil de transportar y puede utilizarse como combustible sintético. En la actualidad, se necesita una gran cantidad de energía para convertir el metano en metanol. La reacción química sólo tiene lugar a altas temperaturas (> 500 grados Celsius) y a alta presión. Los catalizadores biomiméticos podrían reducir considerablemente este aporte energético.
"En este proyecto, fue emocionante comprobar el inesperado parecido estructural y funcional de nuestro sistema sintético con las enzimas naturales", afirma Dustin Kass, estudiante de doctorado del grupo de investigación de Kallol Ray y autor principal de este estudio, publicado recientemente en la revista Nature Chemistry.
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