La naturaleza utiliza enzimas para diversos procesos metabólicos. Estos catalizadores biológicos son extremadamente eficientes. Por lo tanto, los catalizadores biomiméticos basados en materiales de partida económicos de laboratorio que pueden reproducir la eficiencia de las enzimas naturales y funcionar en condiciones ambientales son de gran interés para la investigación y la industria.
En un proyecto dirigido por el Instituto de Química de la Universidad Humboldt de Berlín (HU), los investigadores han estado investigando un grupo especial de catalizadores biológicos conocidos como oxidasas. Estas enzimas catalizan varias reacciones de oxidación, en las que una sustancia libera electrones y otra los absorbe. En estos procesos a menudo desempeñan un papel importante partículas pequeñas y altamente reactivas, los llamados radicales.
La enzima de interés actual es la galactosa oxidasa que se encuentra en muchos tipos de hongos, donde se utiliza un radical fenoxilo como oxidante. El equipo dirigido por el investigador del HU Kallol Ray ha encontrado ahora una manera de utilizar el radical fenoxilo en el laboratorio de tal manera que se pueda aumentar significativamente la capacidad de oxidación.
En la enzima natural, el radical fenoxilo está estabilizado por un átomo de azufre, lo que limita su capacidad de oxidación. Los investigadores ahora han mejorado la capacidad de oxidación uniendo un radical fenoxilo no modificado al hierro y han caracterizado químicamente este radical hierro-fenoxilo por primera vez. El equipo de Ray colaboró con colegas de la Universidad Técnica de Berlín y la Universidad de Michigan, EE. UU., en este proyecto.
El trabajo está publicado en la revista Nature Chemistry. .
"Esperamos que nuestro trabajo sea el punto de partida para esfuerzos más específicos para utilizar la interacción del radical hierro-fenoxilo para diversas reacciones bioquímicas", dice Ray. "Esto puede respaldar el desarrollo de nuevos catalizadores necesarios para tecnologías de energía alternativa y otras aplicaciones biotecnológicas".
Los resultados de la investigación de Ray y su equipo son de gran importancia tanto para la investigación como para la aplicación, ya que la reacción catalizada por la galactosa oxidasa (oxidación de un alcohol primario al aldehído correspondiente) es una de las reacciones químicas más importantes y más utilizadas en compuestos orgánicos. síntesis.
Los hallazgos también podrían utilizarse en la industria para convertir el gas metano, perjudicial para el clima, en metanol líquido. A diferencia del metano, que es un gas volátil y, por tanto, difícil de manipular, el metanol es fácil de transportar y puede utilizarse como combustible sintético. Actualmente, se requiere una gran cantidad de energía para convertir el metano en metanol. La reacción química sólo tiene lugar a altas temperaturas (> 500 grados Celsius) y bajo alta presión. Los catalizadores biomiméticos podrían reducir significativamente este aporte energético.
"En este proyecto, fue emocionante ver el inesperado parecido estructural y funcional de nuestro sistema sintético con las enzimas naturales", dice Dustin Kass, Ph.D. estudiante del grupo de investigación de Kallol Ray y autor principal de este estudio.
Más información: Dustin Kass et al, Atrapamiento de un radical fenoxilo en un centro de hierro (II) de alto espín no hemo, Nature Chemistry (2024). DOI:10.1038/s41557-023-01405-9
Proporcionado por la Universidad Humboldt de Berlín
