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Nueva función para la enzima vegetal podría conducir a la química verde


Los científicos del Laboratorio Nacional Brookhaven del Departamento de Energía de EE. UU. Han descubierto una nueva función en una enzima vegetal que podría tener implicaciones para el diseño de nuevos catalizadores químicos.


por Karen McNulty Walsh, Laboratorio Nacional Brookhaven


La enzima cataliza, o inicia, una de las reacciones químicas fundamentales necesarias para sintetizar una amplia gama de moléculas orgánicas, incluidas las que se encuentran en lubricantes, cosméticos y aquellas utilizadas como materias primas para la fabricación de plásticos.

«Esta enzima podría inspirar una nueva forma de química ‘verde'», dijo el bioquímico de Brookhaven Lab, John Shanklin, quien dirigió la investigación. «Tal vez podamos adaptar esta biomolécula para producir productos químicos útiles en las plantas, o usarla como base para diseñar nuevos catalizadores bioinspirados para reemplazar los catalizadores tóxicos más caros actualmente en uso».

Shanklin y su equipo publicaron un artículo que describe la investigación en la revista Plant Physiology .

El equipo hizo el descubrimiento en el curso de su investigación en curso sobre las enzimas que desaturan los aceites vegetales. Estas enzimas desaturasa quitan átomos de hidrógeno de átomos de carbono adyacentes específicos en una cadena de hidrocarburos e insertan un doble enlace entre esos átomos de carbono. El grupo de Shanklin había creado previamente una versión triple mutante de una enzima desaturasa con propiedades interesantes, y estaban estudiando las tres mutaciones por separado para ver qué hacía cada una.

Dos de las enzimas mutantes individuales resultaron eliminar el doble enlace entre los átomos de carbono adyacentes y agregaron un «OH» ( grupo hidroxilo ) a cada carbono para producir un ácido graso con dos grupos hidroxilo adyacentes.

Los ácidos grasos que contienen dichos grupos OH adyacentes, conocidos como dioles, son componentes químicos importantes para la fabricación de lubricantes, como los que mantienen los motores calientes funcionando sin problemas. También se pueden convertir en bloques de construcción para fabricar plásticos u otros productos básicos.

«Los dioles son químicos industriales realmente importantes, pero hacerlos artificialmente en el laboratorio es bastante problemático», dijo Shanklin.

Señaló que los mejores catalizadores industriales para esta reacción son caros, altamente volátiles y tóxicos.

Otro problema es que hay formas distintas de dioles, y es difícil para los químicos crear una sola forma pura.

«Los mutantes enzimáticos que descubrimos naturalmente forman una sola forma, por lo que están listos para usar sin más procesamiento o desperdicio», dijo Shanklin.

El rastreo de los orígenes de los átomos de oxígeno en los dos grupos OH reveló que ambos provenían de la misma molécula de oxígeno (O?). ¿La capacidad de transferir ambos átomos de oxígeno de un solo O? La molécula durante una reacción, conocida como química de «dioxigenasa», fue algo sorprendente para una enzima «diiron» (una con dos átomos de hierro en su sitio activo).

«La química de la dioxigenasa no se ha informado previamente para las enzimas diiron», dijo Shanklin. «Tuvimos que realizar algunos experimentos técnicamente desafiantes para proporcionar una prueba incontrovertible de que esto realmente estaba sucediendo, y sin la creatividad y tenacidad de Ed Whittle, no hubiéramos completado este estudio».

Whittle, el autor principal del artículo (ahora retirado de Brookhaven Lab), ha trabajado diligentemente en este proyecto durante un período de años en el laboratorio de Shanklin para concretar este importante nuevo descubrimiento.

El próximo objetivo del equipo es obtener una estructura cristalina de esta enzima utilizando rayos X en la Fuente de luz nacional sincrotrón II (NSLS-II), una instalación para usuarios de la Oficina de Ciencias del DOE en Brookhaven Lab.

«Compartiremos esa información estructural con nuestros colegas de química computacional para descubrir los detalles de cómo puede ocurrir esta química sin precedentes con esta clase de catalizador «.

Ese trabajo podría ayudar al equipo a aprender cómo controlar la configuración de catalizadores de laboratorio para imitar la versión derivada de la planta.

«Si podemos incorporar lo que hemos aprendido en el diseño de catalizadores industriales, esas reacciones podrían producir productos más puros con menos desperdicio y evitar el uso de productos químicos tóxicos», dijo Shanklin.


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