Enzima ingegnerizzato per costruire con precisione molecole complesse
Questa scoperta apre la strada a una produzione più sostenibile ed efficiente di una serie di sostanze chimiche complesse
I ricercatori dell'Università di Basilea hanno riproposto un enzima naturale in modo che catalizzi una reazione chimica molto impegnativa. Il loro approccio apre nuove possibilità di sintetizzare molecole complesse, come prodotti farmaceutici e di chimica fine, in modo più ecologico ed efficiente.
I catalizzatori sono tra gli strumenti più importanti per ottenere una chimica verde più sostenibile. Accelerano le reazioni chimiche, rendendole più efficienti e facili da controllare. Di conseguenza, è possibile risparmiare energia, rifiuti e costi nella produzione di un'ampia gamma di prodotti. La ricerca di nuovi catalizzatori ha tenuto occupato il campo della chimica fin dal XX secolo.
In qualità di catalizzatori naturali, gli enzimi hanno suscitato un'attenzione crescente per la loro eccezionale capacità di aumentare la reattività e la selettività delle reazioni chimiche, oltre che per le loro proprietà ecologiche.
Un metodo promettente con una fregatura
Recentemente, il trasferimento di atomi di idrogeno da idruri metallici (MHAT) è emerso come un promettente metodo catalitico per costruire in modo efficiente molecole complesse. Un composto costituito da un idruro metallico - un atomo di metallo legato a un atomo di idrogeno - trasferisce un atomo di idrogeno a un doppio legame all'interno del composto organico, producendo un intermedio reattivo che innesca la successiva formazione del legame.
La MHAT può convertire un substrato piatto e bidimensionale in una molecola complessa con un'architettura tridimensionale. Tuttavia, il raggiungimento di un controllo preciso sulla disposizione tridimensionale degli atomi all'interno della molecola, in particolare sulle configurazioni speculari della molecola, come la mano destra e la mano sinistra, rimane una sfida.
Nella produzione farmaceutica e di chimica fine, tuttavia, è fondamentale creare una configurazione a una sola mano. Questo perché le due molecole speculari possono presentare proprietà biologiche diverse: una può essere terapeuticamente benefica, mentre la controparte speculare può essere inattiva o addirittura tossica.
Un enzima produce una configurazione a una mano
I ricercatori dell'Università di Basilea sono riusciti a combinare la chimica MHAT con la catalisi enzimatica per produrre molecole tridimensionali con configurazione a una mano. L'innovativa ricerca fa parte del Centro nazionale di competenza per la ricerca "Ingegneria dei sistemi molecolari", guidato dal Prof. Dr. Thomas R. Ward dell'Università di Basilea. Lui e il suo team hanno pubblicato i loro risultati sulla rivista Nature.
Il team di ricerca è riuscito a riadattare un'emoproteina - un enzima ampiamente presente in natura - per realizzare le reazioni MHAT all'interno del suo sito catalitico. Grazie alla sofisticata impalcatura dell'enzima, si produce quasi esclusivamente la forma unilaterale desiderata della molecola (fino a un rapporto di 98 a 2 tra molecole destre e sinistre). In particolare, tali trasformazioni sono molto difficili da ottenere con gli strumenti chimici convenzionali. "Finora non si conosceva alcun enzima in grado di effettuare una simile reazione MHAT", spiega il primo autore, il dottor Xiang Zhang.
La specificità: una maledizione e una benedizione
Questa scoperta apre la strada a una produzione più sostenibile ed efficiente di una serie di sostanze chimiche complesse. Riproponendo un enzima naturale per catalizzare questa versatile trasformazione chimica, i ricercatori mirano a semplificare la sintesi di prodotti farmaceutici e di altre sostanze chimiche ad alto valore aggiunto.
Tuttavia, la specificità dell'enzima è sia una maledizione che una benedizione: se si utilizza un materiale di partenza strutturalmente diverso, l'impalcatura dell'enzima potrebbe richiedere un'ulteriore ingegnerizzazione per ottenere un'elevata specificità. Inoltre, per rendere questa trasformazione ancora più utile, i ricercatori stanno cercando un metodo più sostenibile per la formazione degli idruri metallici.
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