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Una enzima diseñada recientemente acelera una reacción orgánica lenta

De días a solo horas: Unos investigadores han creado el primer biocatalizador eficaz y selectivo para lograr una reacción orgánica potente, pero habitualmente lenta.

Investigación fundamental

Los catalizadores versátiles con nuevas características y funciones podrían revolucionar las estrategias de síntesis de los científicos, lo que permitiría producir sustancias químicas de alto valor y establecer una industria química más ecológica. En busca de tales catalizadores, los científicos apoyados en parte por el proyecto enzC-Hem, financiado con fondos europeos, han diseñado una enzima que puede acelerar una reacción orgánica muy conocida por su velocidad de reacción extremadamente lenta. La reacción en cuestión se llama reacción de Morita-Baylis-Hillman (MBH) y se trata de un potente proceso utilizado para formar un enlace carbono-carbono entre un alqueno y un compuesto electrófilo, como el aldehído. La reacción MBH crea productos que son componentes básicos útiles para otras síntesis. Sin embargo, requiere altas cargas de catalizador y los tiempos de reacción son largos con los catalizadores actuales (que suelen ser catalizadores de moléculas pequeñas, como la DABCO y la DMAP), ya que tarda varios días en producir una cantidad útil de producto. Por lo tanto, a pesar de su utilidad en la síntesis orgánica, estos inconvenientes impiden que se use de forma más generalizada. «Los catalizadores típicos que se utilizan para esta reacción son nucleófilos pequeños», afirma el catedrático Anthony Green, de la Universidad de Manchester (Reino Unido), anfitriona del proyecto enzC-Hem, en un artículo publicado en «Chemistry World». «Lo interesante de la biología es que, si se puede diseñar una enzima o una proteína para crear esta reacción, se logra una aceleración notable de la velocidad en comparación con todo lo que se ha conseguido con la química de moléculas pequeñas», continúa Green, autor principal del estudio publicado en la revista «Nature Chemistry».

El camino hacia un mejor catalizador

Con el objetivo de crear el primer biocatalizador eficaz y selectivo para la reacción MBH, el equipo de investigación utilizó la enzima BH32, que el doctor David Baker y su equipo habían desarrollado unos años antes en la Universidad de Washington (Estados Unidos). Tal como se señala en el artículo de prensa, aunque Baker, que es coautor del estudio actual, y su equipo lograron diseñar enzimas para la reacción MBH, la actuación de las enzimas fue débil. «Eran catalíticamente competentes, pero no eran biocatalizadores viables», comenta Green. Para crear la nueva enzima, el equipo de investigación dirigido por Green sometió la enzima primitiva BH32 a un proceso denominado «evolución dirigida». Se trata de una poderosa herramienta de ingeniería para adaptar las enzimas a las transformaciones deseadas y mejorar las funciones de las proteínas mediante rondas repetidas de mutación y selección. Después de catorce rondas de evolución, el equipo de investigación logró diseñar una enzima llamada «BH32.14», que es considerablemente más rápida y también enantioselectiva. Los resultados mostraron que las bajas concentraciones de BH32.14 añadidas a la reacción MBH pueden lograr rendimientos mucho mayores que las altas cargas de los actuales catalizadores de moléculas pequeñas. Además, la reacción solo tarda unas horas, no varios días. La enzima diseñada recientemente «es una de las enzimas diseñadas más complejas aplicadas a la química orgánica hasta la fecha», según se indica en el artículo. El trabajo, que cuenta con el apoyo de enzC-Hem (Creating Versatile Metallo-Enzyme Environments for Selective C-H Activation Chemistry: Lignocellulose Deconstruction and Beyond), muestra que la combinación del diseño asistido por ordenador y la evolución dirigida podría conducir a nuevos biocatalizadores para lograr importantes transformaciones químicas que no se encuentran en la naturaleza. Para más información, consulte: Proyecto enzC-Hem

Palabras clave

enzC-Hem, catalizador, biocatalizador, enzima, Morita-Baylis-Hillman, reacción MBH, reacción orgánica, BH32.14

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