Novo método usa luz para permitir a geração de aminoácidos não canônicos

Crédito:Universidade da Califórnia - Santa Bárbara

Os pesquisadores da UC Santa Barbara estão construindo o repertório de reações químicas usando luz. Em artigo publicado na revista Nature , o professor de química Yang Yang e colaboradores da Universidade de Pittsburgh relatam um método que usa fotobiocatálise para produzir aminoácidos não canônicos (que não ocorrem naturalmente) que são blocos de construção valiosos da terapêutica peptídica, produtos naturais bioativos e novas proteínas funcionais.

"Tantos esforços foram feitos no campo da biocatálise, e agora estamos em um ponto em que podemos projetar racionalmente reações enzimáticas inteiramente novas, sem precedentes na química ou na biologia", disse Yang.

A maioria dos esforços no campo da biocatálise, ou da aceleração de reações químicas por meio de enzimas - catalisadores privilegiados da natureza - têm se inclinado para a otimização das funções das enzimas naturais que são úteis para a química sintética, ou para o reaproveitamento de enzimas naturais para facilitar reações não naturais conhecidas pela química sintética. Apesar de uma década de extensa pesquisa, há apenas alguns exemplos de reações enzimáticas que são ao mesmo tempo novas para a natureza e novas para a química sintética.

"O que nos interessa é essencialmente descobrir reações enzimáticas inteiramente novas e modos gerais de catálise enzimática", acrescentou Yang.

Entra em cena a fotobiocatálise, na qual a luz é usada para excitar enzimas para gerar energia (muitas vezes na forma de radicais livres) para converter uma molécula em outra. Um campo relativamente jovem da química, a fotobiocatálise aproveita a seletividade e eficiência das enzimas e combina isso com a versatilidade e sustentabilidade da luz para criar novos processos e, neste caso, aminoácidos não canônicos.

Processos catalíticos interativos

Para este estudo, a equipe de pesquisa se concentrou em enzimas dependentes de piridoxal-fosfato (PLP), uma grande família de enzimas responsáveis pelo metabolismo de aminoácidos. A equipe desenvolveu um ciclo catalítico triplo interativo no qual um fotocatalisador – um composto à base de irídio – é exposto à luz, iniciando um processo que gera um radical livre transitório, enquanto um segundo ciclo usando luz regenera o fotocatalisador.

Ao mesmo tempo, o ciclo de biocatálise utilizando uma enzima PLP modifica o substrato de aminoácidos através de uma série de etapas de ativação exclusivas da bioquímica PLP. O radical livre gerado pela fotoquímica entra em ação aqui, entrando no sítio ativo da enzima e envolvendo o intermediário enzimático para permitir uma nova química. Esta cooperação entre a enzima e o fotocatalisador permite a produção de um produto de aminoácidos não canônico.

A alteração – neste caso – das estruturas moleculares de aminoácidos comuns adiciona novos recursos e capacidades a esses ácidos. Ao criar uma nova ligação carbono-carbono com o "carbono alfa" crítico do aminoácido, disse Yang, torna-se possível usar essa "espinha dorsal" para projetar uma gama de novos aminoácidos que poderiam, por sua vez, desempenhar funções novas, únicas e funções desejáveis como base de novas terapêuticas e produtos naturais.

"Esta é a primeira demonstração de biocatálise piridoxical por meio da funcionalização alfa mediada por radicais de substratos de aminoácidos abundantes", destacou Yang.

Além disso, o processo altamente eficiente é estereosseletivo, o que significa que pode selecionar uma "forma" tridimensional preferida do aminoácido resultante, e elimina as etapas extras de adição e remoção de "grupos protetores", ou compostos que mascaram certos reativos. áreas nas moléculas para evitar reações químicas indesejadas nessas regiões.

“Descobrimos interações interessantes entre o fotocatalisador e a enzima”, disse Yang, cujo grupo está estudando como melhorar ainda mais as interações entre os dois catalisadores. "Acho que isso levará a uma nova ciência fundamental, tanto do ponto de vista da química sintética quanto do ponto de vista da enzimologia."

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