UABDivulga - Barcelona recerca i innovació

La natura és una experta en el món de la química i, gràcies a milions d’anys d’evolució, el món biològic és un extraordinari conjunt de sistemes catalítics anomenats enzims que transformen substàncies endògenes o exògenes en productes necessaris per al bon funcionament dels éssers vius. Aquests enzims presenten propietats que envegem nosaltres, els químics, i molts investigadors que es dediquen a la transformació de la matèria.

Els enzims solen convertir els reactius en productes amb rendiments molt bons, són molt selectius quant a les molècules sobre les quals actuen i molt específics respecte a quins enllaços transformen. A més, treballen en aigua, un dissolvent crucial per a una química ecològicament neutra, però encara difícil de controlar pels químics de síntesi. No és estrany que en les darreres dècades químics, bioquímics i biotecnòlegs hagin intentat obtenir el màxim benefici de l’ús i la manipulació d’enzims.

Els avanços durant les últimes dècades en tècniques de biologia estructural han obert la porta al desenvolupament d’enzims de novo que tenen estructures moleculars i o reactivitats absents a la natura. En aquest camp, la modelització molecular proporciona informació rellevant gràcies als nombrosos models teòrics disponibles i la constant millora de la capacitat de càlcul dels ordinadors. Avui en dia, són eines inestimables per comprendre el funcionament dels enzims i predir quines modificacions poden fer-los més eficients.

Molts enzims naturals funcionen incorporant sistemes metàl·lics al seu propi lloc de reacció. Per tant, aquest concepte es va copiar per al desenvolupament de nous biocatalitzadors. Una de les estratègies més exitoses és introduir catalitzadors metàl·lics "petits" derivats de la química de coordinació en proteïnes hostes compatibles. Aquest enfocament ja ha permès crear metal·loenzims que incorporin metalls com el pal·ladi, el platí o el rodi, dels quals la natura mai n'ha fet ús.

El treball realitzat en col·laboració entre el grup del professor Ward de la Universitat de Basilea (Suïssa) i Jean-Didier Maréchal, Agustí Lledós i Laura Tiessler, investigadors i estudiant de doctorat, respectivament, del Departament de Química de la UAB, mostra una sèrie d’avenços en el desenvolupament d'enzims artificials, en què combinen mètodes de modelatge molecular amb una sèrie de tècniques experimentals per produir un dels primers metal·loenzims d’or, optimitzant un camí de reacció en què dos àtoms complexes d’or treballen juntament.

L’or és un metall considerat durant molt de temps inert en termes catalítics i absent en el repertori d’enzims naturals. Poc present fins recentment en el camp de la química biològica, l’or i alguns del seus complexos de coordinació han mostrat diferents reactivitats úniques, com la hidroaminació de triple enllaç entre dos carbonis. L’equip que ha realitzat aquest estudi ha estat capaç d’incorporar catalitzadors d’or sintètics al lloc d’unió de l’estreptavidina, la proteïna de predilecció del laboratori suís, i controlar l’activitat de l’enzim mitjançant l’estudi teòric i els experiments d’evolució dirigida.

La característica més excepcional d’aquest treball és la capacitat de controlar el nombre de catalitzadors implicats al lloc catalític, un o dos. Això permet diferents mecanismes de reacció que condueixen a productes diferents. En particular, l'estudi aconsegueix caracteritzar mutants de la proteïna que afavoreixen l’hidroaminació del tipus anti-markonikov, que condueix a un producte cíclic amb cinc membres altament minoritari per la reacció en un sistema no proteic.

Aquest estudi multidisciplinari que combina teoria i experimentació mostra el potencial d’aquests enfocaments per augmentar el catàleg d’enzims útils per tal d’aconseguir una química sintètica eficient i respectuosa amb el medi ambient.