Los catalizadores versátiles con nuevas características y funciones podrían revolucionar las estrategias sintéticas de los científicos, allanando el camino para productos químicos de alto valor y una industria química más ecológica. En busca de tales catalizadores, los científicos han diseñado una enzima que puede acelerar una reacción orgánica conocida por su velocidad de reacción extremadamente lenta.

La reacción en cuestión se llama reacción de Morita-Baylis-Hillman (MBH), un poderoso proceso utilizado para formar un enlace carbono-carbono entre un alqueno y un compuesto electrofílico como el aldehído. La reacción de MBH crea productos que son bloques de construcción útiles para síntesis posteriores. Sin embargo, requiere altas cargas de catalizador y tiene largos tiempos de reacción con los catalizadores existentes (normalmente catalizadores de molécula pequeña como DABCO y DMAP), lo que lleva varios días para producir una cantidad útil de producto. Por tanto, a pesar de su utilidad en síntesis orgánica, estos inconvenientes impiden su uso más generalizado.

"Los catalizadores típicos que se utilizan para esta reacción son pequeños nucleófilos", afirma el profesor Anthony Green, de la Universidad anfitriona del proyecto enzC-Hem de la Universidad de Manchester, Reino Unido, en un artículo publicado en "Chemistry World". "La belleza de la biología es que si se puede diseñar una enzima o una proteína para realizar esta reacción, la aceleración de la velocidad es significativa en comparación con cualquier cosa que se haya logrado con la química de moléculas pequeñas", continúa el profesor Green, quien es el autor principal. del estudio publicado en la revista Nature Chemistry .

El camino hacia un mejor catalizador

Con el objetivo de crear el primer biocatalizador eficiente y selectivo para la reacción MBH, el equipo de investigación utilizó una enzima, BH32, desarrollada unos años antes por el Dr. David Baker y su equipo en la Universidad de Washington en los Estados Unidos. Como se informa en el artículo de noticias, aunque el Dr. Baker, coautor del estudio actual, y su equipo lograron diseñar enzimas para la reacción de MBH, estas enzimas actuaron débilmente. "Eran catalíticamente competentes, pero no eran biocatalizadores viables", según el profesor Green.

Para crear la nueva enzima, el equipo de investigación dirigido por el profesor Green sometió a la enzima primitiva BH32 a un proceso llamado evolución dirigida. Una poderosa herramienta de ingeniería para adaptar las enzimas hacia las transformaciones deseadas, la evolución dirigida mejora las funciones de las proteínas a través de rondas repetidas de mutación y selección. Después de 14 rondas de evolución, el equipo de investigación logró diseñar una enzima llamada BH32.14 que es significativamente más rápida y también enantioselectiva.

Los resultados mostraron que las bajas concentraciones de BH32.14 añadidas a la reacción de MBH pueden lograr rendimientos mucho mayores que las altas cargas de los catalizadores de molécula pequeña actuales. Además, la reacción solo toma unas pocas horas, no varios días.

La enzima recién diseñada "es una de las enzimas diseñadas más complejas aplicadas a la química orgánica hasta la fecha", informa el artículo. El trabajo respaldado por enzC-Hem (Creating Versatile Metallo-Enzyme Environments for Selective C-H Activation Chemistry:Lignocelulosa Deconstruction and Beyond) muestra que la combinación del diseño computacional y la evolución dirigida podría conducir a nuevos biocatalizadores para importantes transformaciones químicas que no se encuentran en la naturaleza. + Explora más

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