Una nueva investigación del Instituto de Ciencias de la Vida de la Universidad de Michigan está construyendo un puente entre la química de la naturaleza y una química sintética más ecológica y eficiente.
Los investigadores en el laboratorio de Alison Narayan analizaron los biocatalizadores evolucionados por la naturaleza por su efectividad en una variedad de reacciones químicas sintéticas. Los resultados, cuya publicación está programada para el 13 de noviembre Química de la naturaleza , abra la puerta a prácticas prometedoras para los químicos, señalando no solo herramientas más eficientes sino más poderosas para los químicos.
Los investigadores comenzaron con microorganismos que, durante milenios, desarrollaron reacciones químicas complejas para crear moléculas con actividad biológica importante para diversos fines, como mecanismos de defensa. Luego, los científicos analizaron las vías químicas que dan lugar a estas moléculas potencialmente útiles paradetermine cómo se pueden reutilizar para crear compuestos sintéticamente en el laboratorio.
"La naturaleza ha desarrollado herramientas catalíticas que permitirían a los químicos construir moléculas que no podemos construir fácilmente usando la química tradicional", dijo Narayan, autor principal del estudio y profesor asistente en el LSI, donde se encuentra su laboratorio ".el trabajo une los dos mundos de la biosíntesis y la química sintética "
Para construir moléculas complejas y bioactivas, como las moléculas que permiten a las drogas encontrar los objetivos biológicos correctos en nuestros cuerpos, los químicos sintéticos a menudo usan un proceso llamado queromatización oxidativa. Este proceso convierte las moléculas planas en estructuras tridimensionales que son másreactivo, pero los métodos tradicionales de queromatización oxidativa tienen varios defectos.
Debido a que requieren el uso de un reactivo químico para convertir el material de partida en el producto final deseado, las reacciones en sí mismas son bastante derrochadoras. Además, los reactivos demuestran poca selectividad en la transformación, lo que resulta en una mezcla de compuestos que contiene variosvariantes innecesarias, y a veces perjudiciales, de la molécula del producto deseado.
"No es un proceso muy eficiente", dijo Narayan, quien también es profesor asistente de química en la Facultad de Literatura, Ciencia y Artes de la UM. "Puedes terminar con varias estructuras cuando realmente solo quieres esta"estructura específica - y genera muchos desperdicios en el proceso "
En este estudio reciente, el laboratorio de Narayan demostró que los catalizadores enzimáticos tienen el potencial de resolver estos problemas.
Las enzimas son catalizadores eficientes, que generan muchas moléculas de producto a partir de una sola molécula del catalizador, lo que conduce a menos desperdicio. Y el laboratorio de Narayan descubrió que los catalizadores realizan las reacciones con una selectividad mejorada, lo que significa que las reacciones producen solo la estructura molecular deseada.
Estas enzimas aún no han sido ampliamente adoptadas por los químicos porque su utilidad general y su robustez para la química no han sido demostradas, dijo Narayan.
"El trabajo que se realiza en el campo de la biosíntesis se centra principalmente en comprender cómo se forman las moléculas en la naturaleza e identificar la reacción única que una enzima hace en su contexto natural", dijo. "Tenemos que descubrir cómo es útil una enzima".en el campo de la química sintética, qué puede hacer, con qué tipos de moléculas trabaja, para que los químicos puedan ir a la literatura y ver cómo pueden usar esta herramienta "
El programa de investigación de Narayan comienza a cerrar la brecha entre estos dos campos al probar las enzimas no solo por sus funciones naturales, sino también por las funciones que podrían desempeñar en una variedad de reacciones. El laboratorio también ha desarrollado métodos para hacer que estas enzimas sean fáciles de manejara granel y compartir con otros químicos.
"Estamos demostrando que estas enzimas pueden hacer más que la tarea específica que desarrollaron para hacer en la naturaleza", dijo la estudiante graduada Summer Baker Dockrey, autora principal del estudio. "Pueden ser sorprendentemente generalizables y podrían resultar altamenteherramientas selectivas "
El laboratorio ahora está trabajando en la ingeniería de estas enzimas para realizar más reacciones.
"Realmente estamos comenzando a construir la biblioteca de herramientas nuevas, eficientes y poderosas para los químicos", dijo Narayan.
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Materiales proporcionado por Universidad de Michigan . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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