Os pesquisadores da TU Graz conseguiram, pela primeira vez, "retreinar" uma enzima para construir estruturas moleculares em forma de anel, em vez de realizar sua tarefa natural de reduzir as ligações duplas. O trabalho foi publicado em Angewandte Chemie , e é relevante para a produção de produtos farmacêuticos e fitofarmacêuticos.

A biocatálise usa enzimas para provocar reações químicas. Este tipo de 'química suave' substitui em alto grau o uso de reagentes ou solventes venenosos nas sínteses existentes. Contudo, um grande desafio na biocatálise é estender este conceito a reações químicas completamente novas, até agora não acessíveis às enzimas encontradas na natureza. Um desses novos projetos foi criado por uma equipe de pesquisadores da TU Graz liderada por Rolf Breinbauer, chefe do Instituto de Química Orgânica, e Kathrin Heckenbichler, que desenvolve esta pesquisa no âmbito de uma tese de doutorado no Instituto de Química Orgânica. Breinbauer diz, "Pela primeira vez, conseguimos manipular uma enzima para não realizar sua função natural, mas sim uma função muito mais interessante em termos de síntese. Em vez de reduzir ligações duplas em um processo catalítico, a enzima agora cria estruturas moleculares na forma de pequenos anéis. Ao trocar apenas um aminoácido no centro ativo da enzima, conseguimos suprimir a reação natural e facilitar um novo curso de reação. "

A equipe liderada por Heckenbichler e Breinbauer foi capaz de produzir 'ciclopropanos, 'moléculas extremamente pequenas em forma de anel em forma de triângulo, usando biocatálise. Esses sistemas de anel, também chamados de sistemas de três anéis, ocorrem não apenas em muitas biomoléculas, eles também são um importante elemento estrutural em produtos fitofarmacêuticos e em produtos farmacêuticos, como pílulas anticoncepcionais, drogas usadas para tratar medicamentos para asma e AIDS. O trabalho foi publicado na edição atual da Angewandte Chemie .

A boa e a má 'mão' da molécula

Paralelo a isso, os pesquisadores também conseguiram dominar a quiralidade da molécula produzida, que é de grande importância na produção de medicamentos. Quiralidade, ou a 'lateralidade' das moléculas, descreve como duas moléculas do mesmo átomo podem ser estruturadas de forma espelhada - destras ou canhotas. Uma variante desses enantiômeros pode ser útil e a outra prejudicial, e hoje se dá grande valor ao uso apenas da variante curativa na produção de medicamentos. Isso garante que os medicamentos funcionem de forma muito específica e que nenhum efeito colateral indesejável ocorra devido aos chamados gêmeos quirais. Kathrin Heckenbichler explica o processo e o resultado da implementação biocatalítica do substrato:"Para permitir um reconhecimento quiral ideal entre a enzima e o substrato, projetamos um substrato com um grande resíduo. Fazendo isso, poderíamos idealmente explorar as condições espaciais no centro ativo da enzima para produzir um ciclopropano em alta pureza enantiomérica. ”Os pesquisadores conseguiram produzir apenas o enantiômero desejado a partir das duas possíveis moléculas quirais de três anéis.

A equipe de pesquisa da TU Graz conseguiu realizar uma importante extensão de seu repertório biocatalítico para abrir as portas para diversas aplicações, particularmente na produção 'verde' de novos medicamentos e na produção econômica de medicamentos genéricos, substâncias aromáticas e produtos fitofarmacêuticos. O objetivo dessa assim chamada química verde, ao qual a biocatálise pode ser atribuída, é empregar reagentes suaves e ambientalmente corretos, conter poluição ambiental, e economizar energia e custos.