Un nuovo metodo sinergico può creare non

Nuova chimica, nuova enzimologia. Con un nuovo metodo che unisce il meglio di due mondi – le attività uniche e complementari degli enzimi e la fotochimica delle piccole molecole – i ricercatori dell’UC Santa Barbara hanno aperto la porta a nuove reazioni catalitiche. Il loro metodo sinergico consente la realizzazione di nuovi prodotti e può semplificare i processi esistenti, in particolare la sintesi di aminoacidi non canonici, importanti per scopi terapeutici.

"Questo metodo risolve quello che secondo me è uno dei problemi più importanti nel nostro campo: come sviluppare nuove reazioni catalitiche in senso generale che sono nuove sia per la biologia che per la chimica", ha detto il professore di chimica Yang Yang, autore di un articolo che appare sulla rivista Science. Oltre a ciò, il processo è stereoselettivo, nel senso che può selezionare la “forma” preferita dell’amminoacido risultante.

Il metodo fotobiocatalitico sinergico consiste in due reazioni catalitiche concomitanti. La reazione fotochimica genera una molecola intermedia di breve durata che funziona con l'intermedio reattivo del processo enzimatico, dando origine all'amminoacido.

Il lato della biocatalisi inizia con un enzima per attivare un abbondante substrato di amminoacidi naturali e formare un intermedio enzimatico. Nel frattempo, dal lato sintetico, un fotocatalizzatore di piccole molecole viene fatto assorbire la luce visibile per utilizzare l’energia per attivare un altro substrato. Questa reazione crea una specie radicale di breve durata: una molecola transitoria e altamente reattiva che è lo strumento preferito di Yang Lab.

Il problema dei radicali (noti anche come “radicali liberi”) è che non solo tendono ad avere vita breve, ma sono anche difficili da tenere sotto controllo.

"Il consenso generale è stato che se si forma un radicale nella soluzione o all'esterno della tasca proteica, potrebbero accadergli così tante cose prima che possa fare qualcosa di produttivo, come subire reazioni collaterali o essere distrutto", Yang disse.

Ma l'asso nella manica del laboratorio è la molecola intermedia generata dalla reazione enzimatica, che può catturare il radicale a ruota libera.

"Quindi ora il passo più importante e interessante è che una volta formata questa specie di radicale libero transitoria e di breve durata, può viaggiare verso il sito attivo dell'enzima e reagire con la molecola covalente intermedia attivata e formata enzimaticamente", ha detto Yang. "Abbiamo essenzialmente progettato un sistema in cui il radicale può reagire in modo efficiente con l'intermedio formato enzimaticamente ed eseguire una chimica stereoselettiva."

Il lavoro di Yang Yang integra chimica organica, chimica organometallica, enzimologia, ingegneria proteica, bioinformatica e modellazione computazionale, affrontando problemi impegnativi nel campo ampiamente definito della chimica sintetica e della catalisi.

È questa l'efficienza che lo Yang Lab persegue nel suo tentativo di creare una piattaforma per la sintesi stereoselettiva di amminoacidi non canonici (“non canonico” significa semplicemente che questi elementi costitutivi delle proteine ​​non si trovano nei geni degli organismi). Per prima cosa, il processo è selettivo per diverse “forme” o disposizioni degli atomi l’uno rispetto all’altro all’interno delle molecole risultanti – un fattore importante nel mondo della stereochimica (nota anche come chimica 3D). In secondo luogo, il metodo convenzionale di sintesi degli amminoacidi non canonici è un complicato processo a più fasi.

“Il nostro processo riduce la sintesi di amminoacidi non canonici da tre a cinque passaggi. Per gli amminoacidi con più centri stereogenici, essenzialmente non esistono mezzi chimici per preparare questi composti con stereocontrollo”. Yang ha detto. Per i produttori di terapie peptidiche, questo potrebbe rappresentare un punto di svolta. Yang ha ricevuto richieste dalle industrie farmaceutiche e biotecnologiche sulla potenziale applicazione di queste tecnologie per la sintesi degli amminoacidi.

E non finisce qui. Questo metodo potrebbe aprire nuove porte sia nella catalisi bio sia in quella sintetica, consentendo ai ricercatori di lavorare con radicali complessi, accedere a composti e molecole precedentemente irraggiungibili e scoprire reazioni precedentemente sconosciute.