Las enzimas biónicas obtuvieron el impulso necesario en velocidad gracias a una nueva investigación en el Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley del Departamento de Energía Berkeley Lab. Al combinar un metal noble con una enzima natural, los científicos crearon un híbrido capaz de producir 2.550 moléculas de producto porhora, una frecuencia comparable a sus homólogos biológicos.
El desarrollo, que se publicará en la edición del 7 de octubre de la revista ciencia , representa un gran avance para las metaloenzimas artificiales, que prometen abrir un mundo de productos moleculares beneficiosos que actualmente no son posibles con las enzimas naturales.
"Nuestro trabajo muestra que las metaloenzimas artificiales pueden ser prácticas y no solo una curiosidad genial", dijo el investigador principal del estudio, John Hartwig, científico principal de la facultad en la División de Ciencias Químicas del Laboratorio de Berkeley.
A principios de este año, Hartwig y su laboratorio publicaron un estudio en el que reemplazaron el hierro de la proteína muscular mioglobina con iridio, un metal noble que no se encuentra en los organismos vivos. Demostraron que el híbrido resultante es una enzima que cataliza una reacción químicaque ninguna enzima natural cataliza.
Los investigadores eligieron la mioglobina para ese estudio porque es una proteína bien estudiada que es fácil de manipular. Fue una prueba de concepto importante, pero un inconveniente clave fue la velocidad de reacción relativamente lenta de la nueva enzima biónica, que era aproximadamente uno-una milésima de la velocidad de las enzimas naturales típicas.
"Las metaloenzimas artificiales que creamos hicieron que las reacciones ocurrieran más rápido que si las enzimas no estuvieran allí, pero las tasas fueron mucho más lentas que las de las enzimas naturales", dijo Hartwig, quien también tiene un nombramiento como profesor de UC Berkeley.de Química.
Como la necesidad de velocidad es clave en las reacciones enzimáticas, los investigadores cambiaron el componente biológico de la mioglobina a CYP119, parte de una familia de enzimas comunes llamadas citocromo P450 o CYP. Las proteínas CYP se unen al hierro dentro de la molécula orgánica de porfirina y catalizan las reacciones.de moléculas orgánicas grandes y pequeñas con oxígeno, mientras que la mioglobina ha evolucionado para simplemente unirse al oxígeno.
"Nuestro punto de partida fue una enzima para que podamos emular más fácilmente las propiedades de un catalizador biológico", dijo la autora principal del estudio, Hanna Key, quien realizó este trabajo como estudiante graduada de UC Berkeley. "Modificamos un sistema que nosotros 'que hemos informado antes para que refleje mejor las propiedades beneficiosas de una enzima. La metaloenzima artificial refleja tanto la reactividad del iridio metálico como la selectividad y velocidad de una enzima natural ".
Key trabajó con el otro coautor principal del estudio, Pawel Dydio, un ex becario postdoctoral del Berkeley Lab que ahora es profesor asistente de química en la Universidad de Estrasburgo en Francia.
Reemplazaron la porfirina de hierro en la enzima CYP119 con porfirina de iridio y probaron las reacciones resultantes catalizadas por el nuevo híbrido. Las tasas de reacción aceleradas estaban dentro de un orden de magnitud de las tasas medias de las enzimas naturales. Esto coloca a las enzimas híbridas en ununa base más competitiva cuando se compara con sus contrapartes naturales.
Además de la velocidad, los autores del estudio observaron otras propiedades de su enzima biónica que son características de las enzimas naturales.
"Elegimos las enzimas CYP119 porque son conocidas por ser estables a altas temperaturas y alta presión, y pueden unir moléculas orgánicas grandes", dijo Hartwig. "También se pueden reciclar; el catalizador no se consume durante la fase químicareacción, por lo que se puede seguir reutilizando. Por cada molécula de la enzima, se produjeron 35.000 moléculas del producto ".
Key señaló que una de las principales críticas del campo de las metaloenzimas artificiales es que no es práctico.
"Nuestro estudio es un avance en la practicidad de este enfoque", dijo Key. "Realmente podemos comenzar a explotar los atributos de cada componente".
Los científicos señalaron que entre los compuestos catalizados por la nueva enzima biónica, se encuentran aquellos que se consideran activos desde el punto de vista médico, lo que los convierte en candidatos potenciales para el desarrollo de fármacos en el futuro.
Uno de los siguientes pasos, dijo Hartwig, es diseñar la enzima para que pueda ensamblarse dentro de una célula.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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