Enzima diseñada para construir con precisión moléculas complejas
Este avance allana el camino para una producción más sostenible y eficiente de diversos productos químicos complejos
Investigadores de la Universidad de Basilea han reconvertido una enzima natural para que catalice una reacción química muy compleja. Su método abre nuevas posibilidades para sintetizar moléculas complejas, como fármacos y productos de química fina, de forma más eficiente y respetuosa con el medio ambiente.
Los catalizadores son una de las herramientas más importantes para lograr una química verde más sostenible. Aceleran las reacciones químicas, haciéndolas más eficientes y fáciles de controlar. Como resultado, se puede ahorrar energía, residuos y costes en la fabricación de una gran variedad de productos. La búsqueda de nuevos catalizadores ha mantenido ocupado el campo de la química desde el siglo XX.
Como catalizadores de la naturaleza, las enzimas han atraído cada vez más atención por su excepcional capacidad para mejorar tanto la reactividad como la selectividad de las reacciones químicas, así como por sus propiedades benignas para el medio ambiente.
Método prometedor con truco
Recientemente, la transferencia de átomos de hidrógeno por hidruro metálico (MHAT) se ha revelado como un prometedor método catalítico para construir eficientemente moléculas complejas. Un compuesto formado por hidruro metálico -un átomo de metal unido a un átomo de hidrógeno- transfiere un átomo de hidrógeno a un doble enlace dentro del compuesto orgánico, produciendo un intermediario reactivo que desencadena la posterior formación del enlace.
La MHAT puede convertir un sustrato plano y bidimensional en una molécula compleja de arquitectura tridimensional. Sin embargo, lograr un control preciso sobre la disposición tridimensional de los átomos dentro de la molécula -especialmente las configuraciones de imagen especular de la molécula, similares a las manos izquierda y derecha- sigue siendo un reto.
En la fabricación de productos farmacéuticos y de química fina, sin embargo, es crucial que se cree una configuración de una sola mano. Esto se debe a que las dos moléculas reflejadas pueden presentar propiedades biológicas diferentes: una puede ser terapéuticamente beneficiosa, mientras que la otra puede ser inactiva o incluso tóxica.
Una enzima produce una configuración unipolar
Investigadores de la Universidad de Basilea han logrado combinar la química MHAT con la catálisis enzimática para producir moléculas tridimensionales con configuración monomanual. La revolucionaria investigación forma parte del Centro Nacional de Competencia en Investigación "Ingeniería de Sistemas Moleculares", que dirige el Prof. Dr. Thomas R. Ward en la Universidad de Basilea. Él y su equipo han publicado sus resultados en la revista Nature.
El equipo de investigación ha conseguido reutilizar una hemoproteína -una enzima muy presente en la naturaleza- para llevar a cabo reacciones MHAT en su sitio catalítico. Gracias al sofisticado andamiaje enzimático, produce casi exclusivamente la forma unipolar deseada de la molécula (hasta una proporción de 98 a 2 de moléculas diestras y zurdas). Estas transformaciones son muy difíciles de conseguir con las herramientas químicas convencionales. "Hasta ahora no se conocía ninguna enzima capaz de llevar a cabo una reacción MHAT de este tipo", explica el Dr. Xiang Zhang, primer autor.
Especificidad: una maldición y una bendición a la vez
Este avance allana el camino hacia una producción más sostenible y eficiente de diversos productos químicos complejos. Al reutilizar una enzima natural para catalizar esta versátil transformación química, los investigadores pretenden agilizar la síntesis de fármacos y otros productos químicos de alto valor añadido.
Sin embargo, la especificidad de la enzima es a la vez una maldición y una bendición: si se utiliza un material de partida estructuralmente diferente, el andamiaje enzimático podría requerir más ingeniería para lograr una alta especificidad. Además, para que esta transformación sea aún más útil, los investigadores están buscando una vía más sostenible para la formación de hidruros metálicos.
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