Mais forte que a natureza:radicais otimizados como potenciais novos catalisadores
Crédito:Química da Natureza (2024). DOI:10.1038/s41557-023-01405-9 A natureza utiliza enzimas para vários processos metabólicos. Esses catalisadores biológicos são extremamente eficientes. Catalisadores biomiméticos baseados em materiais de partida baratos de laboratório que podem reproduzir a eficiência das enzimas naturais e podem funcionar em condições ambientais são, portanto, de grande interesse para a pesquisa e a indústria.
Num projeto liderado pelo Instituto de Química da Humboldt-Universität zu Berlin (HU), os investigadores têm investigado um grupo especial de catalisadores biológicos conhecidos como oxidases. Estas enzimas catalisam várias reações de oxidação, onde os elétrons são liberados de uma substância e absorvidos por outra. Partículas pequenas e altamente reativas, os chamados radicais, muitas vezes desempenham um papel importante nestes processos.
Capacidade oxidante melhorada pela ligação ao ferro
A enzima de presente interesse é a galactose oxidase encontrada em muitos tipos de fungos, onde um radical fenoxil é usado como oxidante. A equipe liderada pelo pesquisador Kallol Ray do HU encontrou agora uma maneira de utilizar o radical fenoxil em laboratório de forma que a capacidade de oxidação possa ser aumentada significativamente.
Na enzima que ocorre naturalmente, o radical fenoxilo é estabilizado por um átomo de enxofre, o que limita a sua capacidade de oxidação. Os pesquisadores melhoraram agora a capacidade de oxidação anexando um radical fenoxil não modificado ao ferro e caracterizaram quimicamente esse radical ferro-fenoxil pela primeira vez. A equipe de Ray colaborou com colegas da Universidade Técnica de Berlim e da Universidade de Michigan, nos EUA, neste projeto.
O trabalho está publicado na revista Nature Chemistry .
Primeira descrição do radical ferro fenoxil – importante para a pesquisa e a indústria
"Esperamos que nosso trabalho seja o ponto de partida para esforços mais direcionados para utilizar a interação radical ferro-fenoxila para várias reações bioquímicas", diz Ray. "Isso pode apoiar o desenvolvimento de novos catalisadores necessários para tecnologias de energia alternativa e outras aplicações biotecnológicas."
Os resultados da pesquisa de Ray e sua equipe são de grande importância tanto para pesquisa quanto para aplicação, pois a reação catalisada pela galactose oxidase (oxidação de um álcool primário ao aldeído correspondente) é uma das reações químicas mais importantes e mais amplamente utilizadas em produtos orgânicos. síntese.
As descobertas também poderiam ser usadas na indústria para converter o gás metano, prejudicial ao clima, em metanol líquido. Ao contrário do metano, que é um gás volátil e, portanto, difícil de manusear, o metanol é fácil de transportar e pode ser utilizado como combustível sintético. Atualmente, é necessária muita energia para converter metano em metanol. A reação química ocorre apenas em altas temperaturas (> 500 graus Celsius) e sob alta pressão. Catalisadores biomiméticos poderiam reduzir significativamente esse consumo de energia.
“Neste projeto, foi emocionante ver a inesperada semelhança estrutural e funcional do nosso sistema sintético com as enzimas naturais”, diz Dustin Kass, Ph.D. aluno do grupo de pesquisa de Kallol Ray e autor principal deste estudo.
