Catalisadores versáteis com novos recursos e funções podem revolucionar as estratégias sintéticas dos cientistas, abrindo caminho para produtos químicos de alto valor e uma indústria química mais verde. Em busca de tais catalisadores, os cientistas projetaram uma enzima que pode acelerar uma reação orgânica bem conhecida por sua taxa de reação extremamente lenta.
A reação em questão é chamada de reação de Morita-Baylis-Hillman (MBH), um processo poderoso usado para formar uma ligação carbono-carbono entre um alceno e um composto eletrofílico como o aldeído. A reação MBH cria produtos que são blocos de construção úteis para outras sínteses. No entanto, requer altas cargas de catalisador e tem longos tempos de reação com os catalisadores existentes (normalmente catalisadores de moléculas pequenas, como DABCO e DMAP), levando vários dias para produzir uma quantidade útil de produto. Portanto, apesar de sua utilidade na síntese orgânica, essas desvantagens impedem seu uso mais difundido.

"Os catalisadores típicos que você usa para essa reação são pequenos nucleófilos", afirma o Prof. Anthony Green, da Universidade de Manchester, Reino Unido, anfitriã do projeto enzC-Hem, em um artigo publicado no "Chemistry World". "A beleza da biologia é que, se você pode projetar uma enzima ou projetar uma proteína para fazer essa reação, a aceleração da taxa é significativa em comparação com qualquer coisa que tenha sido alcançada com a química de pequenas moléculas", continua o Prof. Green, autor sênior do estudo publicado na revista Nature Chemistry .

O caminho para um catalisador melhor

Com o objetivo de criar o primeiro biocatalisador eficiente e seletivo para a reação MBH, a equipe de pesquisa usou uma enzima – BH32 – desenvolvida alguns anos antes pelo Dr. David Baker e sua equipe da Universidade de Washington, nos Estados Unidos. Conforme relatado no artigo de notícias, enquanto o Dr. Baker - que é co-autor do estudo atual - e sua equipe conseguiram projetar enzimas para a reação MBH, essas enzimas agiram fracamente. "Eles eram cataliticamente competentes, mas não eram biocatalisadores viáveis", de acordo com o Prof. Green.

Para criar a nova enzima, a equipe de pesquisa liderada pelo Prof. Green submeteu a enzima primitiva BH32 a um processo chamado evolução dirigida. Uma poderosa ferramenta de engenharia para adaptar as enzimas às transformações desejadas, a evolução direcionada melhora as funções das proteínas por meio de repetidas rodadas de mutação e seleção. Após 14 rodadas de evolução, a equipe de pesquisa conseguiu projetar uma enzima chamada BH32.14 que é significativamente mais rápida e também enantiosseletiva.

Os resultados mostraram que baixas concentrações de BH32.14 adicionadas à reação de MBH podem alcançar rendimentos muito maiores do que altas cargas de catalisadores de pequenas moléculas atuais. Além disso, a reação leva apenas algumas horas, não vários dias.

A enzima recém-projetada "é uma das enzimas projetadas mais complexas aplicadas à química orgânica até hoje", relata o artigo. O trabalho apoiado por enzC-Hem (Creating Versatile Metallo-Enzyme Environments for Selective C-H Activation Chemistry:Lignocelulose Deconstruction and Beyond) mostra que combinar design computacional e evolução direcionada pode levar a novos biocatalisadores para importantes transformações químicas não encontradas na natureza. + Explorar mais

Compreender a evolução das enzimas abre caminho para a química verde