Las enzimas son las potencias de la naturaleza. Encontrado en las células de todos los animales, plantas y cualquier otro organismo vivo, aceleran las reacciones químicas que desencadenan miles de funciones biológicas, desde la formación de neuronas hasta la digestión de los alimentos.

Realizan su trabajo de forma tan selectiva y rápida, millones de veces más rápido que un abrir y cerrar de ojos, que el campo de la química biomimética ha surgido en las últimas décadas con el objetivo de diseñar enzimas artificiales que puedan imitar los poderes de las enzimas naturales en entornos industriales. Las enzimas artificiales podrían, por ejemplo, convertir el maíz en etanol o ayudar a crear nuevos medicamentos más rápidamente, barato, y efectivamente.

Avanzando un paso más hacia la consecución de ese objetivo, Rajeev Prabhakar, químico computacional de la Universidad de Miami, y sus colaboradores de la Universidad de Michigan han creado una novela, sintético, Molécula de tres hebras que funciona como una metaloenzima natural. o una enzima que contiene iones metálicos.

"No estaba claro que pudieran hacerse, pero los hicimos. Y, luego los usamos para catalizar reacciones con éxito, "dijo Prabhakar, un profesor de química que estudia las reacciones enzimáticas con la esperanza de diseñar sus análogos artificiales. "Este es un paso incremental pero importante en el desarrollo de enzimas artificiales, que durante mucho tiempo se ha considerado el santo grial de la química. Desafortunadamente, tan bien como las enzimas naturales funcionan en nuestros cuerpos y otras formas de vida, no toleran muy bien otros entornos. También son muy caras y no son fáciles de preparar y purificar ".

Por su innovador estudio publicado en Química de la naturaleza esta semana, Prabhakar y el estudiante de posgrado Vindi M. Jayasinghe-Arachchige unieron fuerzas con Vincent L. Pecoraro, un profesor de química de la Universidad de Michigan, para mejorar el rendimiento de las enzimas artificiales en las que el laboratorio de Pecoraro fue pionero a lo largo de los años. Los investigadores de Michigan habían creado previamente metaloenzimas sintéticas más simples que catalizaron con éxito una serie de reacciones químicas. Pero esas macromoléculas artificiales fueron diseñadas con tres idénticas, o hebras "homotriméricas" simétricas, cuales, Prabhakar dijo:limitado sus capacidades catalíticas.

En la nueva molécula, que Jayasinghe-Arachchige diseñó en la supercomputadora de la Universidad de Miami con la guía de Prabhakar, la tercera hebra difiere en estructura de las otras dos hebras. Sus cálculos de mecánica cuántica mostraron que los más complejos, no simétrico estructura de tres hilos, conocida como bobina "heterotrimérica", expandió el rendimiento catalítico de las metaloenzimas artificiales homotriméricas, un hallazgo que Pecoraro y su equipo confirmaron con experimentos en su laboratorio de Michigan.

"Nuestras técnicas son diferentes, pero complementario, ", Dijo Prabhakar." Lo que hacemos, el grupo Pecoraro no puede hacer, y lo que hacen no podemos hacer. Modelamos moléculas en la computadora para poder predecir sus propiedades estructurales y el mecanismo de sus formaciones. Usan nuestros modelos para construir lo real, y en este caso ese es el primer ejemplo de una molécula heterotrimérica natural ".

La mayoría de los profanos probablemente encontrarían el estudio tan incomprensible como su título:"Bobinas en espiral heteroméricas de tres hebras diseñadas utilizando una estrategia mediada por plantillas de Pb (II) (Cys) 3". Pero la línea de fondo Prabhakar dijo:Es que la investigación colaborativa realizada en Miami y Michigan abre la puerta a una nueva estrategia para lograr la creación de enzimas artificiales que funcionen tan bien como enzimas naturales.

Además de Pecocaro, Prabhakar, y Jayasinghe-Arachchige, otros coautores del estudio incluyen al ex alumno de posgrado de Prabhakar, Thomas J. Paul, ahora en la Universidad de Michigan; Audrey E. Tolbert, Catherine S. Ervin, y Kosh P. Neupane, también de la Universidad de Michigan; y Leela Ruckthong, de la Universidad de Tecnología del Rey Mongkut, En Tailandia.

Ahora en su último año de estudios para su doctorado en química, Jayasinghe-Arachchige dijo que sigue fascinada por los avances en las técnicas de química computacional que le permitieron modelar las estructuras químicas y reacciones de la nueva molécula.

"Estoy emocionado de que nuestros hallazgos crearán nuevas vías hacia el desarrollo de enzimas artificiales eficientes que se pueden utilizar para mejorar la calidad de vida, dijo Jayasinghe-Arachchige, "y como mujer en un campo donde las mujeres están subrepresentadas, Espero que este estudio motive a las mujeres a unirse al fascinante mundo de los campos STEM ".