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Relaciones enzimáticas positivas entre moléculas hospedadoras y moléculas huéspedes

Un equipo de científicos financiado por la Unión Europea ha desarrollado novedosos hospedadores supramoleculares para pequeñas moléculas huéspedes que imitan a determinadas enzimas de interés industrial. Los investigadores creen que la estructura hospedadora puede alterar las propiedades de la estructura huésped de manera sintonizable, lo que augura interesantísimas posibilidades de control de la actividad catalítica.
Relaciones enzimáticas positivas entre moléculas hospedadoras y moléculas huéspedes
La catálisis, es decir, el proceso por el cual determinados intermediarios denominados catalizadores aumentan la velocidad de una reacción química, y por consiguiente su rendimiento, tiene un gran valor industrial. Las enzimas son los catalizadores naturales, de los que las hidrogenasas representan una familia importante.

Se trata de metaloenzimas, es decir, proteínas enzimáticas en cuya estructura participan iones metálicos fuertemente ligados a ella y que son fundamentales para su funcionamiento. La cadena proteica que rodea el sitio metálico (o sitio activo) puede afectar a la función catalizadora de manera directa e indirecta. Los efectos directos son fruto de la unión covalente al propio metal, y forman lo que se denomina la primera esfera de coordinación. Los efectos indirectos se deben a uniones no covalentes (por ejemplo, a través de enlaces de puentes de hidrógeno) de determinadas moléculas (ligandos) alrededor del metal central y forman la segunda esfera de coordinación.

Algunos soportes supramoleculares podrían reproducir una serie de efectos de segunda esfera de coordinación. Los socios del proyecto «Catalytic foldamers: Engineering a second coordination sphere around a hydrogenase mimic» (CATAMERS) desarrollaron soportes supramoleculares para modelos moleculares de [FeFe]-hidrogenasas. Los plegómeros o tiligómeros son cadenas moleculares u oligómeros con estructuras altamente estables y predecibles. Para lograr una segunda esfera de coordinación bien definida y sintonizable, los miembros del consorcio los utilizaron como moléculas hospedadoras y diseñaron catalizadores que imitan a la hidrogenasa [FeFe] y contienen un complejo de dihierro.

Los investigadores desarrollaron una intensa labor que les permitió sintetizar las dos innovadoras unidades monoméricas de las que constan los plegómeros, una que se une al complejo de dihierro y otra que alberga el catalizador. Gracias a este trabajo no sólo consiguieron crear los oligómeros, sino que además pudieron introducir una amplia variedad de grupos funcionales, abriendo el camino para una futura diversificación de los plegómeros. Curiosamente, no se encontraron pruebas de la existencia de enlaces de hidrógeno entre el complejo de dihierro y el andamio de los plegómeros. El complejo era libre para girar, rotando lo suficientemente rápido como para equilibrar cada sitio activo con hierro sin que se produjeran distorsiones significativas en la simetría del conjunto.

Pese a que pueda parecer un control mínimo del andamio del plegómero, el diseño afecta a las propiedades electroquímicas del complejo de dihierro, en torno al cual se construye la segunda esfera de coordinación. Esta actividad augura un gran potencial para el ajuste fino de la reactividad de los complejos metálicos. Las deshidrogenasas se utilizan en importantes reacciones industriales relacionadas con aplicaciones de energía como la producción de hidrógeno o la oxidación del metano. Los resultados de CATAMERS han abierto el camino hacia el desarrollo de imitadores sintéticos de estas enzimas capaces de ofrecer una mayor eficacia a un menor coste.

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