Una nueva investigación del Instituto de Ciencias de la Vida de la Universidad de Michigan está construyendo un puente entre la química de la naturaleza y lo más ecológico, química sintética más eficiente.

Los investigadores del laboratorio de Alison Narayan analizaron los biocatalizadores evolucionados por la naturaleza por su efectividad en una variedad de reacciones químicas sintéticas. Los resultados, programada para su publicación el 13 de noviembre en Química de la naturaleza , abrir la puerta a prácticas prometedoras para los químicos, apuntando a herramientas no solo más eficientes sino más poderosas para los químicos.

Los investigadores comenzaron con microorganismos que tienen, a lo largo de los milenios, Desarrolló reacciones químicas complejas para crear moléculas con importante actividad biológica para diversos fines, como los mecanismos de defensa. Luego, los científicos analizaron las vías químicas que dan lugar a estas moléculas potencialmente útiles para determinar cómo se pueden reutilizar para crear compuestos sintéticamente en el laboratorio.

"La naturaleza ha desarrollado herramientas catalíticas que permitirían a los químicos construir moléculas que no podemos construir fácilmente usando la química tradicional". "dijo Narayan, el autor principal del estudio y profesor asistente en el LSI, donde se encuentra su laboratorio. "Nuestro trabajo une los dos mundos de la biosíntesis y la química sintética".

Para construir complejo, Moléculas bioactivas, como las moléculas que permiten que los medicamentos encuentren los objetivos biológicos correctos en nuestros cuerpos, los químicos sintéticos a menudo usan un proceso llamado desaromatización oxidativa. Este proceso convierte moléculas planas en estructuras tridimensionales que son más reactivas. Pero los métodos tradicionales de desaromatización oxidativa tienen varios defectos.

Debido a que requieren el uso de un reactivo químico para convertir el material de partida en el producto final deseado, las reacciones en sí mismas son bastante inútiles. Además, los reactivos demuestran una pobre selectividad en la transformación, resultando en una mezcla de compuestos que contiene varios innecesarios, y a veces dañino, variantes de la molécula de producto deseada.

"No es un proceso muy eficiente, "dijo Narayan, quien también es profesor asistente de química en la Facultad de Literatura de la U-M, Ciencias, y las artes. "Puede terminar con varias estructuras cuando realmente solo desea esta estructura específica, y genera una gran cantidad de desperdicio en el proceso".

En este estudio reciente, el laboratorio de Narayan demostró que los catalizadores de enzimas tienen el potencial de resolver estos problemas.

Las enzimas son catalizadores eficientes, generar muchas moléculas de producto a partir de una sola molécula del catalizador, conduciendo a menos desperdicio. Y el laboratorio de Narayan descubrió que los catalizadores realizan las reacciones con una selectividad mejorada, lo que significa que las reacciones producen solo la estructura molecular deseada.

Estos enzimas aún no han sido ampliamente adoptados por los químicos porque no se ha demostrado su utilidad general ni su solidez para la química. Dijo Narayan.

"El trabajo que se está realizando en el campo de la biosíntesis se centra principalmente en comprender cómo se forman las moléculas en la naturaleza e identificar la reacción única que realiza una enzima en su contexto natural, ", dijo." Tenemos que averiguar cómo una enzima es útil en el campo de la química sintética, qué puede hacer, con qué tipos de moléculas trabaja, para que los químicos puedan simplemente consultar la literatura y ver cómo pueden usar esta herramienta ".

El programa de investigación de Narayan comienza a cerrar la brecha entre estos dos campos al probar las enzimas no solo por sus funciones naturales, sino por los roles que podrían desempeñar en una variedad de reacciones. El laboratorio también ha desarrollado métodos para hacer que estas enzimas sean fáciles de manipular a granel y compartir con otros químicos.

"Estamos demostrando que estas enzimas pueden hacer más que la tarea específica para la que evolucionaron en la naturaleza, "dijo el estudiante de posgrado Summer Baker Dockrey, el autor principal del estudio. "Pueden ser sorprendentemente generalizables y podrían resultar herramientas muy selectivas".

El laboratorio ahora está trabajando en la ingeniería de estas enzimas para realizar más reacciones.

"Realmente estamos empezando a crear la biblioteca de nuevos eficiente, poderosas herramientas para químicos, "Dijo Narayan.