El profesor de química Yi Lu, izquierda, y el estudiante de posgrado Evan Mirts han diseñado una nueva enzima sintética que reduce el compuesto sulfito a sulfuro, una reacción química de varios pasos notoriamente compleja que ha eludido a los químicos durante años. Crédito:L. Brian Stauffer
Los investigadores han superado un obstáculo hacia la limpieza ambiental de ciertos contaminantes con una enzima sintética de nuevo diseño que reduce el compuesto sulfito a sulfuro, una reacción química de varios pasos notoriamente compleja que ha eludido a los químicos durante años.
En el diario Ciencias , Los químicos de la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign describieron su enzima que contiene dos centros diferentes que contienen hierro unidos entre sí por una sola enzima.
Reducción de sulfito, una oxidación-reducción común, o reacción redox, puede interferir con la limpieza de una clase importante de contaminantes ambientales, incluido el nitrato, arseniato y perclorato. Estos contaminantes ingresan al medio ambiente como subproductos de la producción de combustible para cohetes, municiones y fertilizantes. El sulfito también se produce de forma natural e interfiere con la eliminación de compuestos más tóxicos, y los químicos no han podido crear catalizadores para eliminar el sulfito porque requiere múltiples pasos de reacciones utilizando un sitio activo complejo que es difícil de diseñar y sintetizar.
"Muchas reacciones bioquímicas requieren una serie de enzimas que trabajan juntas para llevar a cabo reacciones de varios pasos, pero la reducción de sulfito usa solo una enzima, llamada sulfito reductasa, que hace todo el trabajo, "dijo Yi Lu, profesor de química en Illinois. "La naturaleza creó una estructura enzimática muy compleja para manejar esta reacción química, y los investigadores no han podido replicarlo hasta ahora ".
Los grupos anteriores que han intentado construir una enzima reductora de sulfito sintética se han concentrado en hacer modelos estructurales que parezcan el sitio activo de las enzimas nativas. dijo el estudiante graduado de química Evan Mirts. Para este estudio, El equipo utilizó una enzima como andamio para anclar grupos de átomos de hierro y azufre que se comportan como pequeñas baterías moleculares. transferir los electrones necesarios para impulsar la reacción redox.
"Creo que tuvimos éxito porque nos centramos en la funcionalidad de nuestra enzima sintética, no reconstruir la estructura más simple posible, ", Dijo Mirts." Hemos tenido en cuenta las interacciones que normalmente se consideran secundarias, o menos importante para la reacción redox general. Resulta que estas interacciones son extremadamente importantes ".
"Cuando contabilizamos las llamadas interacciones más débiles en nuestra enzima diseñada, de repente vimos una actividad de reacción redox que era muy similar a la de la enzima reductora de sulfito que se produce de forma natural, "dijo Lu, también designado conjuntamente en el Laboratorio Nacional del Noroeste del Pacífico del Departamento de Energía de EE. UU.
El equipo prevé que su enzima recientemente desarrollada inspire una nueva generación de catalizadores para ayudar a limpiar los desechos tóxicos en el medio ambiente y ayudar a mejorar la calidad de los productos derivados del petróleo.
"Aparte de las aplicaciones prácticas, Creo que nuestro trabajo aquí ha avanzado la frontera del diseño de enzimas artificiales en términos de descifrar la complejidad de las reacciones redox y diseñar catalizadores multifactoriales con una actividad muy alta. "Lu dijo." Con la demostración exitosa de este sistema, ahora podemos comenzar a diseñar muchas otras enzimas multicofactor que funcionan aún más complejas, reacciones difíciles con las que solo podíamos soñar antes ".