I ricercatori del TU Graz sono riusciti per la prima volta a "riqualificare" un enzima per costruire strutture molecolari a forma di anello invece di svolgere il suo compito naturale di ridurre i doppi legami. L'opera è stata pubblicata in Angewandte Chemie , ed è rilevante per la produzione di prodotti farmaceutici e prodotti fitosanitari.

La biocatalisi utilizza gli enzimi per provocare reazioni chimiche. Questo tipo di "chimica leggera" sostituisce in larga misura l'uso di reagenti o solventi velenosi nelle sintesi esistenti. Però, una grande sfida nella biocatalisi è estendere questo concetto a reazioni chimiche completamente nuove, finora non accessibili agli enzimi presenti in natura. Uno di questi nuovi design è stato creato da un team di ricercatori della TU Graz guidato da Rolf Breinbauer, capo dell'Istituto di Chimica Organica, e Kathrin Heckenbichler, che sta portando avanti questa ricerca nell'ambito di una tesi di dottorato presso l'Istituto di Chimica Organica. Breinbauer dice, "Per la prima volta, siamo riusciti a manipolare un enzima per non svolgere la sua funzione naturale, ma piuttosto una funzione molto più interessante in termini di sintesi. Invece di ridurre i doppi legami in un processo catalitico, l'enzima ora crea strutture molecolari sotto forma di piccoli anelli. Scambiando un solo amminoacido nel centro attivo dell'enzima, siamo riusciti a sopprimere la reazione naturale e facilitato un nuovo corso di reazione".

Il team guidato da Heckenbichler e Breinbauer è stato in grado di produrre "ciclopropani, ' molecole a forma di anello estremamente piccole a forma di triangolo, utilizzando la biocatalisi. Tali sistemi ad anello, chiamati anche sistemi a tre anelli, si verificano non solo in molte biomolecole, sono anche un importante elemento strutturale nei prodotti fitosanitari e nei prodotti farmaceutici come le pillole contraccettive, farmaci usati per trattare l'asma e farmaci per l'AIDS. L'opera è stata pubblicata nel numero attuale di Angewandte Chemie .

La 'mano' buona e cattiva della molecola

Parallelamente a questo, i ricercatori sono anche riusciti a padroneggiare la chiralità della molecola prodotta, che è di grande importanza nella produzione di farmaci. chiralità, o la "mano" delle molecole, descrive come due molecole dello stesso atomo possono essere strutturate in modo speculare, sia destrorso che sinistrorso. Una variante di questi enantiomeri può essere utile e l'altra dannosa, e oggi viene attribuito grande valore all'utilizzo solo della variante curativa nella produzione di farmaci. Ciò garantisce che i farmaci funzionino in modo molto specifico e che non si verifichino effetti collaterali indesiderati a causa dei cosiddetti gemelli chirali. Kathrin Heckenbichler spiega il processo e il risultato dell'implementazione biocatalitica del substrato:"Per consentire un riconoscimento chirale ottimale tra enzima e substrato, abbiamo progettato un substrato con un grande residuo. Facendo questo, potremmo idealmente sfruttare le condizioni spaziali nel centro attivo dell'enzima per produrre un ciclopropano in elevata purezza enantiomerica." I ricercatori sono riusciti a produrre solo l'enantiomero desiderato dalle due possibili molecole chirali a tre anelli.

Il team di ricerca della TU Graz è riuscito a realizzare un'importante estensione del proprio repertorio biocatalitico per aprire la porta a diverse applicazioni, in particolare nella produzione "verde" di nuovi farmaci e nella produzione economica di farmaci generici, sostanze aromatiche e prodotti fitosanitari. Lo scopo di questa cosiddetta chimica verde, a cui può essere attribuita la biocatalisi, consiste nell'utilizzare reagenti delicati e rispettosi dell'ambiente, contenere l'inquinamento ambientale, e risparmiare energia e costi.