Los investigadores de TU Graz lograron por primera vez 'reentrenar' una enzima para construir estructuras moleculares en forma de anillo en lugar de realizar su tarea natural de reducir los dobles enlaces. El trabajo fue publicado en Angewandte Chemie , y es relevante para la producción de productos farmacéuticos y fitosanitarios.

La biocatálisis utiliza enzimas para provocar reacciones químicas. Este tipo de "química blanda" reemplaza en gran medida el uso de reactivos o disolventes venenosos en las síntesis existentes. Sin embargo, Un desafío importante en la biocatálisis es extender este concepto a reacciones químicas completamente nuevas que hasta ahora no son accesibles a las enzimas que se encuentran en la naturaleza. Uno de estos nuevos diseños fue creado por un equipo de investigadores de TU Graz dirigido por Rolf Breinbauer, director del Instituto de Química Orgánica, y Kathrin Heckenbichler, quien realiza esta investigación en el marco de una tesis doctoral en el Instituto de Química Orgánica. Breinbauer dice:"Por primera vez, hemos logrado manipular una enzima para que no lleve a cabo su función natural, sino una función mucho más interesante en términos de síntesis. En lugar de reducir los dobles enlaces en un proceso catalítico, la enzima crea ahora estructuras moleculares en forma de pequeños anillos. Al intercambiar solo un aminoácido en el centro activo de la enzima, logramos suprimir la reacción natural y facilitamos un nuevo curso de reacción ".

El equipo dirigido por Heckenbichler y Breinbauer pudo producir 'ciclopropanos, 'moléculas en forma de anillo extremadamente pequeñas en forma de triángulo, utilizando biocatálisis. Tales sistemas de anillos, también llamados sistemas de tres anillos, ocurren no solo en muchas biomoléculas, también son un elemento estructural importante en los productos fitosanitarios y en productos farmacéuticos como las píldoras anticonceptivas, medicamentos utilizados para tratar el asma y los medicamentos contra el SIDA. El trabajo ha sido publicado en el número actual de Angewandte Chemie .

La buena y la mala 'mano' de la molécula

Paralelamente a esto, los investigadores también lograron dominar la quiralidad de la molécula producida, que es de gran importancia en la producción de medicamentos. Quiralidad, o la 'lateralidad' de las moléculas, describe cómo dos moléculas del mismo átomo se pueden estructurar en forma de imagen especular, ya sea para diestros o zurdos. Una variante de estos enantiómeros puede ser útil y la otra dañina, y hoy en día se concede gran valor al uso únicamente de la variante curativa en la producción de medicamentos. Esto asegura que los medicamentos funcionen de manera muy específica y que no se produzcan efectos secundarios indeseables debido a los llamados gemelos quirales. Kathrin Heckenbichler explica el proceso y resultado de la implementación biocatalítica del sustrato:"Para permitir un reconocimiento quiral óptimo entre enzima y sustrato, diseñamos un sustrato con un gran residuo. Al hacer esto, Idealmente, podríamos aprovechar las condiciones espaciales en el centro activo de la enzima para producir un ciclopropano con alta pureza enantiomérica. ”Los investigadores lograron producir solo el enantiómero deseado a partir de las dos posibles moléculas quirales de tres anillos.

El equipo de investigación de TU Graz logró llevar a cabo una importante ampliación de su repertorio biocatalítico para abrir la puerta a diversas aplicaciones, particularmente en la producción 'verde' de nuevos medicamentos y la producción económica de medicamentos genéricos, sustancias aromáticas y productos fitosanitarios. El objetivo de esta llamada química verde, a la que se puede atribuir la biocatálisis, es emplear reactivos suaves y ecológicos, contener la contaminación ambiental, y ahorrar energía y costes.